Struktura fosfatydyloetanoloaminy, biosynteza i funkcje



The fosfatydyloetanoloamina (PE) jest glicerofosfolipidem występującym w błonach plazmatycznych organizmów prokariotycznych. Przeciwnie, w błonach komórek eukariotycznych jest to drugi pod względem ilości glicerofosfolipid po wewnętrznej stronie błony plazmatycznej po fosfatydylocholinie.

Pomimo obfitości fosfatydyloetanoloaminy, jej obfitość zależy nie tylko od typu komórki, ale także od przedziału i czasu cyklu życia komórki, który jest brany pod uwagę.

Błony biologiczne to bariery definiujące organizmy komórkowe. Nie tylko mają funkcje ochronne i izolacyjne, ale są również kluczowe dla ustanowienia białek, które wymagają środowiska hydrofobowego dla optymalnego funkcjonowania.

Zarówno eukarionty, jak i prokarioty mają błony złożone głównie z glicerofosfolipidów i, w mniejszym stopniu, sfingolipidów i steroli..

Glicerofosfolipidy są cząsteczkami amfipatycznymi zbudowanymi na szkielecie L-glicerolu, który jest estryfikowany w pozycjach sn-1 i sn-2 przez dwa kwasy tłuszczowe o różnej długości i stopniu nasycenia. W grupie hydroksylowej pozycja sn-3 jest zestryfikowana przez grupę fosforanową, która z kolei może być połączona z różnymi typami cząsteczek, które dają początek różnym klasom glicerofosfolipidów.

istnieje wiele glicerofosfolipidów świata komórkowej, jednak najbardziej obfite są fosfatydylocholina (PC), fosfatydyloetanoloamina (PE), fosfatydyloseryna (PS), fosfatydyloinozytolu (PI), kwas fosfatydynowego (PA), fosfatydyloglicerol (PG) i kardiolipina (CL).

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Biosynteza
    • 2.1 Trasa Kennedy'ego
    • 2.2 Ścieżka PSD
  • 3 funkcje
  • 4 odniesienia

Struktura

Struktura fosfatydyloetanoloamina odkrył Baer i wsp w 1952. Jak zostało doświadczalnie wyznaczonego dla wszystkich glicerofosfolipidy, fosfatydyloetanoloaminę zawiera cząsteczki glicerolu zestryfikowane w pozycji sn-1 i pozycji sn-2, z łańcuchów kwasu kwasy tłuszczowe od 16 do 20 atomów węgla.

Kwasy tłuszczowe estryfikowane grupy hydroksylowe sn-1 są zasadniczo nasycone (wiązań podwójnych) o długości 18 atomów węgla, przy czym łańcuchy przyłączone w pozycji sn-2, mają większą długość i jeden lub więcej wiązań nienasyconych ( podwójne linki).

Stopień nasycenia tych łańcuchów przyczynia się do elastyczności błony, co ma ogromny wpływ na insercję i sekwestrację białek w dwuwarstwie..

Fosfatydyloetanoloamina jest uważana za nielamelarną glicerofosfolipid, ponieważ ma stożkowy kształt geometryczny. Ta forma jest spowodowana przez mały rozmiar grupy polarnej lub „głowy” w stosunku do łańcuchów kwasów tłuszczowych, które zawierają hydrofobowe „ogony”.

„Głowa” lub grupa polarna fosfatydyloetanoloaminy ma charakter obojnaczy, to znaczy, że posiada grupy, które mogą być dodatnio i ujemnie naładowane w pewnych warunkach pH.

Ta funkcja pozwala na tworzenie wiązań wodorowych z dużą ilością reszt aminokwasowych, a ich rozkład ładunku jest istotnym wyznacznikiem topologii domen wielu integralnych białek błonowych.

Biosynteza

W komórkach eukariotycznych synteza lipidów strukturalnych jest geograficznie ograniczona, będąc głównym miejscem biosyntezy retikulum endoplazmatycznego (ER) iw mniejszym stopniu aparatu Golgiego.

Istnieją cztery niezależne szlaki biosyntezy do wytwarzania fosfatydyloetanoloaminy: (1) droga CDP-etanoloamina, znana również jako trasa Kennedy'ego; (2) droga PSD dla dekarboksylacji fosfatydyloseryny (PS); (3) acylowanie lyso-PE i (4) reakcje zmiany zasady polarnej grupy innych glicerofosfolipidów.

Kennedy Route

Biosynteza fosfatydyloetanoloaminy tą drogą jest ograniczona do ER i wykazano, że w komórkach wątroby chomika jest to główna droga produkcji. Składa się z trzech kolejnych etapów enzymatycznych katalizowanych przez trzy różne enzymy.

W pierwszym etapie fosfoetanoloamina i ADP są wytwarzane przez działanie kinazy etanoloaminowej, która katalizuje zależną od ATP fosforylację etanoloaminy.

W przeciwieństwie do roślin, ani ssaki, ani drożdże nie są zdolne do wytwarzania tego substratu, więc muszą być spożywane w diecie lub uzyskiwane z degradacji wcześniej istniejących cząsteczek fosfatydyloetanoloaminy lub sfingozyny..

Fosfoetanoloamina jest wykorzystywana przez CTP: cytydylotransferazę fosfoetanoloaminy (ET) do utworzenia wysokoenergetycznego związku CDP: etanoloaminy i fosforanu nieorganicznego.

1,2-diacyloglicerol etanoloamina fosfotransferazy (ETP) wykorzystuje energię zawartą w CDP-etanoloaminy do kowalencyjnego wiązania się z cząsteczką etanoloamina diacyloglicerolu wstawienia do błony, w wyniku czego fosfatydyloetanoloamina.

Trasa PSD

Ta droga działa zarówno u prokariotów, jak i u drożdży i ssaków. W bakteriach występuje w błonie plazmatycznej, ale u eukariontów zachodzi w obszarze retikulum endoplazmatycznego, który ma ścisły związek z błoną mitochondrialną.

U ssaków droga jest katalizowana przez pojedynczy enzym, dekarboksylazę fosfatydyloseryny (PSD1p), która jest osadzona w błonie mitochondrialnej, której gen jest kodowany przez jądro. Reakcja obejmuje dekarboksylację PS do fosfatydyloetanoloaminy.

Pozostałe dwie trasy (lizo-PE acylowanie i wymiany zależne od wapnia grupę polarną) występuje w siateczce endoplazmatycznej, nie przyczyniają się znacząco do całkowitej produkcji fosfatydyloetanoloaminy w komórkach eukariotycznych.

Funkcje

Glicerofosfolipidy mają trzy główne funkcje w komórce, w tym funkcje strukturalne, magazynowanie energii i sygnalizację komórkową..

Fosfatydyloetanoloamina wiąże się z zakotwiczeniem, stabilizacją i zwijaniem wielu białek błonowych, a także zmianami konformacyjnymi niezbędnymi do funkcjonowania wielu enzymów.

Dowody doświadczalne wskazują na fosfatydyloetanoloaminę jako zasadnicze glicerofosfolipid, w późnym stadium telofazy, podczas formowania pierścienia skurczowej i ustalenia fragmoplasto umożliwiającego podział błony dwóch komórek potomnych.

Ma także ważną funkcję we wszystkich procesach fuzji i rozszczepienia (zrostu i separacji) błon zarówno siateczki endoplazmatycznej, jak i aparatu Golgiego..

W E. coli udowodniono, że fosfatydyloetanoloamina jest niezbędna do prawidłowego fałdowania i działania enzymu permeazy laktozowej, więc zasugerowano, że pełni on rolę molekularnego „opiekuna”.

Fosfatydyloetanoloamina jest głównym dawcą cząsteczki etanoloaminy niezbędnej do potranslacyjnej modyfikacji wielu białek, takich jak kotwice GPI..

Ten glicerofosfolipid jest prekursorem wielu cząsteczek o aktywności enzymatycznej. Ponadto cząsteczki pochodzące z jego metabolizmu, a także diacyloglicerol, kwas fosfatydowy i niektóre kwasy tłuszczowe, mogą działać jako drugie przekaźniki. Ponadto jest ważnym substratem do produkcji fosfatydylocholiny.

Referencje

  1. Brouwers, J. F. H. M., Vernooij, E. A. A. M., Tielens, A. G. M. i van Golde, L. M. G. (1999). Szybka separacja i identyfikacja cząsteczek fosfatydyloetanoloaminy. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Odzyskany z jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., i Claypool, S.M. (2018). Fosfatydyloetanoloamina wytwarzana w wewnętrznej błonie mitochondrialnej jest niezbędna dla funkcji kompleksu cytochromu drożdżowego bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O. i Claypool, S.M. (2016). Metabolizm fosfatydyloetanoloaminy w zdrowiu i chorobie. International Review of Cell and Molecular Biology (tom 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F. i Smith, T. K. (2010). Synteza szlaku Kennedy'ego de novo fosfatydyloetanoloaminy i fosfatydylocholiny. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T. i Riezman, H. (2018). Zrozumienie różnorodności składu lipidów błonowych. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Membranowa biologia strukturalna: z podstawami biochemicznymi i biofizycznymi. Cambrudge University Press. Źródło z cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R. D., i Marsh, D. (1984). Badanie dyfrakcji rentgenowskiej polimorfizmu uwodnionych diacylo- i dialkilofosfatydyloetanoloamin. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T. i Cremer, P.S. (2017). Obsługiwane warstwy lipidowe z fosfatydyloetanoloaminą jako głównym składnikiem. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R. i Feignenson, G. W. (2008). Lipidy błonowe: gdzie są i jak się zachowują. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J. E. (2003). Molekularna i komórkowa biologia metabolizmu fosfatydyloseryny i fosfatydyloetanoloaminy. W K. Moldave (wyd.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Academic Press.
  11. Vance, J. E. (2008). Fosfatydyloseryna i fosfatydyloetanoloamina w komórkach ssaków: dwa metabolicznie spokrewnione aminofosfolipidy. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J. E., & Tasseva, G. (2013). Tworzenie i działanie fosfatydyloseryny i fosfatydyloetanoloaminy w komórkach ssaków. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X. i Zeisel, S.H. (2003). Aktywność N-metylotransferazy fosfatydyloetanoloaminowej i choliny dietetycznej regulują przepływ lipidów w wątrobie i metabolizm niezbędnych kwasów tłuszczowych u myszy. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.