CARDIOLIPIN: ISTRAKTURA, SYNTHESIS, FUNCTION - BIOLOGY - 2025

Ang cardiolipin, na kilala rin bilang diphosphatidylglycerol, ay isang lipid glicerofosfolípidos pamilya at ang pangkat ng poliglicerofosfolípidos. Ito ay matatagpuan sa mitochondrial lamad ng eukaryotic organismo, sa plasma lamad ng maraming bakterya, at din sa ilang archaea.

Natuklasan ito ni Pangborn noong 1942 mula sa pagsusuri ng mga lamad ng mga lamad ng tisyu ng puso ng isang bovine. Ang istraktura nito ay iminungkahi noong 1956 at nangyari ang synthesis ng kemikal mga 10 taon mamaya.

Istraktura ng Cardiolipin (Pinagmulan: Edgar181 sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Isinasaalang-alang ng ilang mga may-akda na ang pagkakaroon nito ay limitado sa mga lamad na gumagawa ng ATP, tulad ng sa kaso ng mitochondria sa eukaryotes, mga lamad ng plasma sa bakterya, at hydrogensomes (mitochondrial-like organelles) sa ilang mga protists.

Ang katotohanan na ang cardiolipin ay matatagpuan sa mitochondria at sa lamad ng plasma ng bakterya ay ginamit upang mapalakas ang mga batayan ng endosymbiotic theory, na nagsasaad na ang mitochondria ay lumitaw sa mga selula ng progenitor ng eukaryotes sa pamamagitan ng phagocytosis ng isang bakterya, na kung saan pagkatapos ito ay naging nakasalalay sa cell at kabaligtaran.

Ang biosynthetic pathway nito sa mga hayop ay inilarawan sa pagitan ng 1970 at 1972 at kalaunan ay ipinakita na ito ay ang parehong landas na nangyayari sa mga halaman, lebadura, fungi at invertebrates. Ito ay hindi isang masaganang lipid, ngunit ang mga cell ay nangangailangan nito upang gumana nang maayos.

Ang kahalagahan ng pospolipid na ito para sa mitochondria at, samakatuwid, para sa metabolismo ng cellular, ay maliwanag kapag ang malfunction ng metabolic pathways na nauugnay sa ito ay gumagawa ng isang patolohiya ng tao na kilala bilang Barth's syndrome (cardio-skeletal myopathy).

Istraktura

Ang Cardiolipin o diphosphatidylglycerol ay binubuo ng dalawang molekula ng phosphatidic acid (ang pinakasimpleng phospholipid) na magkakaugnay sa pamamagitan ng isang molekula ng gliserol.

Ang Phosphatidic acid, isa sa mga karaniwang tagapamagitan sa biosynthetic na mga landas ng iba pang mga phospholipid, ay binubuo ng isang glycerol 3-phosphate molekula, kung saan ang dalawang fatty chain chain ay esterified sa mga posisyon ng mga carbon 1 at 2, kaya't kilala rin ito bilang 1,2-diacylglycerol 3-phosphate.

Samakatuwid, ang cardiolipin ay binubuo ng tatlong molekula ng gliserol: isang gitnang gliserol, na nakakabit sa isang pangkat na phosphate sa carbon 1, isa pang pangkat na pospeyt sa carbon 3, at isang pangkat na hydroxyl sa carbon 2; at dalawang "side" na gliserol.

Ang dalawang "panig" na gliserol na glycerol ay nakakabit sa gitnang molekula sa pamamagitan ng "mga glycerol na tulay" sa pamamagitan ng kanilang mga carbons sa posisyon 3. Sa mga carbons sa mga posisyon 1 at 2, ang dalawang mga fatty acid chain ng haba at saturation ay nasuri. variable.

Ang Cardiolipin ay isang lipid na maaaring o hindi maaaring bumubuo ng mga bilayer, depende sa pagkakaroon o kawalan ng mga divalent cations. Ito ay nauugnay sa ang katunayan na ito ay isang simetriko molekula, na ginagawang mahalaga sa mga lamad na may pananagutan sa mga proseso ng transduction ng enerhiya.

Tulad ng iba pang mga lipid ng pangkat ng polyglycerophospholipids, ang cardiolipin ay may ilang mga pangkat na hydroxyl na maaaring maglingkod para sa pagbubuklod ng mga fatty acid. Samakatuwid, mayroon itong maraming positional stereoisomer.

Ang iyong mga fatty acid

Natutukoy ng iba't ibang mga pag-aaral na ang mga fatty acid na nakakabit sa mga side glycerol molekula ng cardiolipin ay karaniwang hindi nabibigo, ngunit ang antas ng unsaturation ay hindi natukoy.

Kaya, ang nasabing mataba acid ay maaaring 14-22 karbula sa haba at 0-6 double bond. Ito at ang katotohanan na ang cardiolipin ay may apat na naka-link na mga molekula ng fatty acid, na nagpapahiwatig na maaaring mayroong maraming mga variable at kumbinasyon ng pospolipid na ito.

Sintesis

Ang biosynthesis ng Cardiolipin, gaya ng inaasahan, ay nagsisimula sa synthesis ng phosphatidic acid o 1,2-diacylglycerol 3-phosphate mula sa gliserol 3-phosphate at fatty acid. Ang prosesong ito ay nangyayari sa mitochondria ng eukaryotes at sa lamad ng plasma ng bakterya.

Sintesis sa mga eukaryotes

Matapos mabuo, ang reaksiyon ng phosphatidic acid ay may reaksyon ng isang high-energy na molekula sa ATP: CTP. Pagkatapos isang intermediate, din ng mataas na enerhiya, na kilala bilang phosphatidyl-CMP ay nabuo. Ang aktibong grupong phosphatidyl ay inilipat sa pangkat ng hydroxyl sa posisyon ng C1 ng gitnang molekol glycerol na nagsisilbing backbone.

Ang prosesong ito ay nagreresulta sa isang molekula na tinatawag na phosphatidylglycerophosphate, na hydrolyzed upang magbunga ng phosphatidylglycerol. Tumatanggap ito ng isa pang pangkat na phosphatidyl na naisaaktibo mula sa isa pang molekulang phosphatidyl-CMP, isang reaksyon na napalaki ng isang phosphatidyltransferase na kilala rin bilang cardiolipin synthase.

Ang syntyase ng enzyme cardiolipin ay naninirahan sa panloob na lamad ng mitochondrial at lumilitaw na bumubuo ng isang malaking kumplikado, hindi bababa sa lebadura. Ang gene nito ay ipinahayag sa maraming dami sa mga tisyu na mayaman sa mitochondria tulad ng puso, atay at kalansay na kalamnan ng mga vertebrates.

Ang regulasyon ng aktibidad nito ay nakasalalay, sa isang malaking lawak, sa parehong mga kadahilanan ng transkripsyon at mga kadahilanan ng endocrine na nagbabago ng mitochondrial biogenesis.

Sa sandaling na-synthesize sa panloob na mitochondrial membrane, dapat na isalin ang cardiolipin patungo sa panlabas na mitochondrial membrane upang ang isang serye ng mga proseso ng topological ay maganap sa lamad at iba pang mga istrukturang elemento ng pareho ay mapapirmi.

Sintesis sa prokaryotes

Ang nilalaman ng cardiolipin sa bakterya ay maaaring lubos na mababago at nakasalalay sa pangunahin sa estado ng mga selula: kadalasan ay hindi gaanong sagana sa exponential phase ng paglaki at mas sagana kapag may pagbawas nito (sa nakatigil na yugto, halimbawa).

Ang biosynthetic pathway nito ay maaaring ma-trigger ng iba't ibang mga nakababahalang stimuli tulad ng mga kakulangan sa enerhiya o osmotic stress.

Hanggang sa pagbuo ng phosphatidylglycerol, ang proseso sa eukaryotes at prokaryotes ay katumbas, ngunit sa prokaryotes, natanggap ng phosphatidylglycerol, sa pamamagitan ng transesterification, isang grupong phosphatidyl mula sa ibang molekulang phosphatidylglycerol. Ang reaksyon na ito ay nabalisa ng isang phospholipase D-type enzyme na kilala rin bilang cardiolipin synthase.

Ang reaksyon na ito ay kilala bilang "transphosphatidylation" reaksyon (mula sa Ingles na "transphosphatidylation"), kung saan ang isa sa mga phosphatidylglycerol ay kumikilos bilang isang donor ng grupong phosphatidyl at ang iba pang bilang isang tumanggap.

Mga Tampok

Ang mga pisikal na katangian ng mga molekula ng cardiolipin ay tila nagpapahintulot sa ilang mga pakikipag-ugnay na gumaganap ng mahalagang papel sa istrukturang organisasyon ng mga lamad kung saan matatagpuan ang mga ito.

Kabilang sa mga pagpapaandar na ito ay ang diskriminasyon ng ilang mga domain ng lamad, ang pakikipag-ugnayan o "crossover" na may mga protina ng transembrane o ang kanilang mga subdomain, bukod sa iba pa.

Salamat sa mga katangian ng physicochemical na ito, ang cardiolipin ay kinikilala bilang isang lipid na hindi bumubuo ng isang bilayer, ngunit ang pag-andar ay maaaring patatagin at "mapaunlakan" ang mga protina ng transembrane sa lipid bilayers.

Ang mga katangian ng elektrikal nito, sa partikular, ay nagbibigay sa mga function sa mga proseso ng paglipat ng proton na nagaganap sa mitochondria.

Kahit na ang mga cell ay maaaring mabuhay nang wala ang pospolipid na ito, ang ilang mga pag-aaral ay nagpasiya na kinakailangan para sa kanilang pinakamainam na paggana.

Mga Sanggunian

1. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Pag-unawa sa pagkakaiba-iba ng komposisyon ng lipid ng lamad. Mga Review ng Kalikasan ng Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
2. Luckey, M. (2008). Ang biology na istruktura ng lamad: na may mga pundasyong biochemical at biophysical. Pressridge University Press.
3. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Isinalarawan na Biochemistry ng Harper (ika-28 ed.). McGraw-Hill Medikal.
4. van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Mga lamad ng lamad: kung nasaan sila at kung paano sila kumilos. Mga Review sa Kalikasan, 9, 112-124.
5. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biochemistry ng lipids, lipoproteins at lamad. Sa Bagong Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (ika-4 na ed.). Elsevier.