Struktura fosfatidiletanolamina, biosinteza in funkcije



The fosfatidiletanolamina (PE) je glicerofosfolipid v plazmi membran prokariontskih organizmov. Nasprotno, pri membranah evkariontskih celic je to drugi najpogostejši glicerofosfolipid na notranji strani plazemske membrane po fosfatidilholinu.

Kljub številčnosti fosfatidiletanolamina je njegova številčnost odvisna ne le od tipa celice, ampak tudi od predela in specifičnega časa življenjskega cikla celice, ki se upošteva..

Biološke membrane so ovire, ki določajo celične organizme. Ne samo, da imajo funkcije zaščite in izolacije, ampak so tudi ključne za vzpostavitev beljakovin, ki zahtevajo hidrofobno okolje za optimalno delovanje..

Oba evkarionta in prokariota imata membrane, ki so sestavljene predvsem iz glicerofosfolipidov in, v manjši meri, sfingolipidov in sterolov..

Glicerofosfolipidi so amfipatske molekule, strukturirane na skeletu L-glicerola, ki je zaestren na položajih sn-1 in sn-2 z dvema maščobnima kislinama različne dolžine in stopnje zasičenosti. V hidroksilu položaja sn-3 esterificiramo s fosfatno skupino, ki se lahko združi z različnimi tipi molekul, ki povzročajo različne razrede glicerofosfolipidov.

obstajajo različne glicerofosfolipidov v celični svetu, pa je najpogostejši so fosfatidilholin (PC), fosfatidiletanolamin (PE), fosfatidilserin (PS), fosfatidilinozitol (PI), fosfatidinska kisline (PA), fosfatidilglicerol (PG) in kardiolipina (CL).

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Biosinteza
    • 2.1 Kennedyjeva pot
    • 2.2 Pot PSD
  • 3 Funkcije
  • 4 Reference

Struktura

Struktura fosfatidiletanolamina je odkril Baer et al leta 1952. Kot je bilo eksperimentalno določi za vse glicerofosfolipidov, fosfatidiletanolamin obsega molekulo zaestren glicerola pri SN-1 igro in SN-2 z verigami kisline maščobne od 16 do 20 atomov ogljika.

Maščobne kisline so zaestreni na hidroksilnih sn-1 so na splošno nasičen (brez dvojne vezi) z dolžino 18 atomi ogljika, pri čemer veriga vezana na mestu sn-2, so večje dolžine in z enim ali več nenasičenji ( dvojne povezave).

Stopnja nasičenosti teh verig prispeva k elastičnosti membrane, ki ima velik vpliv na vstavljanje in sekvestracijo proteinov v dvosloju..

Fosfatidiletanolamin velja za nelamelarni glicerofosfolipid, ker ima konično geometrično obliko. Ta oblika je podana z majhno velikostjo njegove polarne skupine ali "glave", v povezavi z verigami maščobnih kislin, ki vsebujejo hidrofobne "repove"..

"Glava" ali polarna skupina fosfatidiletanolamina ima zwitterionski značaj, to pomeni, da ima skupine, ki se lahko pozitivno in negativno nabirajo pod določenimi pogoji pH..

Ta funkcija vam omogoča vzpostavitev vodikovih vezi z veliko količino aminokislinskih ostankov in njihova porazdelitev nabojev je bistvena determinanta za topologijo domen mnogih integralnih membranskih proteinov..

Biosinteza

Pri evkariontskih celicah je sinteza strukturnih lipidov geografsko omejena, saj je glavno mesto biosinteze endoplazmatskega retikuluma (ER) in v manjši meri aparata Golgi.

Obstajajo štiri neodvisne biosintetične poti za proizvodnjo fosfatidiletanolamina: (1) pot CDP-etanolamina, znana tudi kot Kennedyjeva pot; (2) PSD pot za dekarboksilacijo fosfatidilserina (PS); (3) acilacija lizo-PE in (4) reakcije spremembe baze polarne skupine drugih glicerofosfolipidov.

Pot Kennedyja

Biosinteza fosfatidiletanolamina na tej poti je omejena na ER in dokazano je, da je v jetrih celicah hrčka glavna proizvodna pot. Sestavljen je iz treh zaporednih encimskih korakov, ki jih katalizirajo trije različni encimi.

V prvem koraku fosfoetanolamin in ADP nastanejo z delovanjem etanolamin kinaze, ki katalizira ATP-odvisno fosforilacijo etanolamina.

Za razliko od rastlin niti sesalci niti kvasovke ne morejo proizvajati tega substrata, zato ga je treba zaužiti v prehrani ali pridobiti iz razgradnje obstoječih molekul fosfatidiletanolamina ali sfingozina..

Fosfoetanolamin se uporablja s CTP: fosfoetanolamin cytidiltransferazo (ET) za tvorbo visokoenergijske spojine CDP: etanolamin in anorganski fosfat.

1,2-diacilglicerol etanolamina fosfotransferaze (ETP) uporablja energijo iz CDP-etanolamina, ki kovalentno vezjo na molekulo etanolamina diacilglicerol vstaviti v membrano, kar povzroči fosfatidiletanolamina.

PSD pot

Ta pot deluje tako v prokariotih kot v kvasovkah in sesalcih. Pri bakterijah se pojavlja v plazemski membrani, pri evkariontih pa se dogaja na področju endoplazmatskega retikuluma, ki je tesno povezan z mitohondrijsko membrano..

Pri sesalcih to pot katalizira en encim, fosfatidilserin dekarboksilaza (PSD1p), ki je vgrajen v mitohondrijsko membrano, katere gen kodira jedro. Reakcija vključuje dekarboksilacijo PS v fosfatidiletanolamin.

Preostali dve poti (lizo-PE aciliranje in izmenjavo kalcija odvisne polarna skupina) pride v endoplazemski retikulum, vendar ne bistveno prispevajo k skupni proizvodnji fosfatidiletanolamina v evkariontskih celicah.

Funkcije

Glicerofosfolipidi imajo tri glavne funkcije v celici, vključno s strukturnimi funkcijami, shranjevanjem energije in signalizacijo celic..

Fosfatidiletanolamin je povezan s sidranjem, stabilizacijo in zlaganjem več membranskih beljakovin, kot tudi s konformacijskimi spremembami, ki so potrebne za delovanje mnogih encimov..

Eksperimentalni podatki kažejo na fosfatidiletanolamin kot ključnega glycerophospholipid v pozni fazi telophase med tvorbo krčenja obroča in ustanovitvi fragmoplasto omogoča delitev membrane dveh hčerinskih celic.

Prav tako ima pomembno vlogo pri vseh procesih fuzije in fisije (združevanje in ločevanje) membran endoplazmatskega retikuluma in Golgijevega aparata..

V E. coli je bilo dokazano, da je fosfatidiletanolamin potreben za pravilno zlaganje in delovanje encima permeaza laktoze, zato je bilo predlagano, da ima vlogo molekularnega "spremljevalca"..

Fosfatidiletanolamin je glavni donor molekule etanolamina, potrebne za post-translacijsko modifikacijo številnih beljakovin, kot so GPI sidra..

Ta glicerofosfolipid je predhodnik številnih molekul z encimsko aktivnostjo. Poleg tega lahko molekule, ki izvirajo iz njegove presnove, kot tudi diacilglicerol, fosfatidno kislino in nekatere maščobne kisline, delujejo kot drugi kurirji. Poleg tega je pomemben substrat za proizvodnjo fosfatidilholina.

Reference

  1. Brouwers, J.F.H.M., Vernooij, E.A.A.M., Tielens, A.G.M., & van Golde, L.M.G. (1999). Hitro ločevanje in identifikacija molekularnih vrst fosfatidiletanolamina. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Izterjano iz jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Fosfatidiletanolamin, proizveden v notranji mitohondrijski membrani, je bistven za kompleksno funkcijo kvasnega citokroma bc1 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Presnova fosfatidiletanolamina v zdravju in bolezni. Mednarodni pregled celične in molekularne biologije (Vol. 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T.K. (2010). Kennedyjeva pot - de novo sinteza fosfatidiletanolamina in fosfatidilholina. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Razumevanje raznolikosti lipidne sestave membrane. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membran: z biokemičnimi in biofizičnimi temelji. Cambridge University Press. Vzpostavljeno iz cambrudge.org
  7. Seddon, J.M., Cevc, G., Kaye, R.D., & Marsh, D. (1984). Rentgenska difrakcijska študija polimorfizma hidriranih diacil- in dialkilfosfatidiletanolaminov. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Podprti lipidni dvosloji s fosfatidiletanolaminom kot glavno komponento. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R., in Feignenson, G.W. (2008). Membranski lipidi: kje so in kako se obnašajo. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J.E. (2003). Molekularna in celična biologija presnove fosfatidilserina in fosfatidiletanolamina. V K. Moldave (ur.), Progress Nucleic Acid Research in Molekularna biologija (str. 69-111). Academic Press.
  11. Vance, J. E. (2008). Fosfatidilserin in fosfatidiletanolamin v sesalskih celicah: dva metabolno povezana aminofosfolipida. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J.E., & Tasseva, G. (2013). Nastanek in delovanje fosfatidilserina in fosfatidiletanolamina v celicah sesalcev. Biochimica et Biophysica Acta - molekularna in celična biologija lipidov, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Aktivnost fosfatidiletanolamin-N-metiltransferaze in dietni holin uravnavata pretok lipidov v jetrih in plazmi ter presnovo esencialnih maščobnih kislin pri miših. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.