SPHINGOLIPIDS: MGA KATANGIAN, PAG-ANDAR, GRUPO, SYNTHESIS - BIOLOGY - 2025

Ang sphingolipids ay isa sa tatlong pangunahing pamilya ng mga lipid sa biological membranes. Tulad ng glycerophospholipids at sterols, ang mga ito ay amphipathic molecules na may isang hydrophilic polar region at isang hydrophobic apolar region.

Una nilang inilarawan noong 1884 ni Johann LW Thudichum, na inilarawan ang tatlong sphingolipids (sphingomyelin, cerebrosides, at cerebrosulfatide) na kabilang sa tatlong magkakaibang klase na kilala: phosphoesphingolipids, neutral at acidic glycosphingolipids.

Alejandro Porto, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Hindi tulad ng glycerophospholipids, ang sphingolipids ay hindi itinayo sa isang glycerol 3-phosphate molekula bilang pangunahing gulugod, ngunit ang mga compound na nagmula sa sphingosine, isang amino alkohol na may isang mahabang hydrocarbon chain na naka-link sa pamamagitan ng isang amide bond.

Sa mga tuntunin ng pagiging kumplikado at pagkakaiba-iba, hindi bababa sa 5 iba't ibang mga uri ng mga batayan ay kilala para sa sphingolipids sa mga mammal. Ang mga batayang ito ay maaaring sumali sa higit sa 20 iba't ibang mga uri ng mga fatty acid, na may iba't ibang mga haba at antas ng saturation, bilang karagdagan sa maraming mga pagkakaiba-iba sa mga polar group na maaaring mangyari.

Ang mga biological na lamad ay may mga 20% sphingolipids. Ang mga ito ay iba-iba at mahalagang mga pag-andar sa mga cell, mula sa istruktura hanggang transduction ng signal, at kontrol ng iba't ibang mga proseso ng komunikasyon sa cellular.

Ang pamamahagi ng mga molekulang ito ay nag-iiba depende sa pag-andar ng organelle kung saan matatagpuan ang mga ito, ngunit karaniwang ang konsentrasyon ng sphingolipids ay mas mataas sa panlabas na monolayer ng membrane ng plasma kaysa sa panloob na monolayer at iba pang mga compartment.

Sa mga tao mayroong hindi bababa sa 60 mga species ng sphingolipids. Marami sa kanila ang mga mahahalagang sangkap ng mga lamad ng mga selula ng nerbiyos, habang ang iba ay may mahalagang papel na ginagampanan sa istruktura o nakikilahok sa signal transduction, pagkilala, pagkakaiba ng cell, pathogenesis, na-program na pagkamatay ng cell, bukod sa iba pa.

E struktura

Pangkalahatang istraktura ng sphingolipids. LHcheM, mula sa Wikimedia Commons

Ang lahat ng mga sphingolipid ay nagmula sa isang L-serine, na kung saan ay nakalagay sa isang long-chain fatty acid upang mabuo ang sphingoid base, na kilala rin bilang long-chain base (LCB).

Ang pinakakaraniwang batayan ay ang sphinganine at sphingosine, na naiiba sa bawat isa lamang sa pagkakaroon ng isang trans dobleng bono sa pagitan ng mga carbons 4 at 5 ng sphingosine fatty acid.

Ang mga carbons 1, 2, at 3 ng sphingosine ay istruktura na magkatulad sa glycerol carbons ng glycerophospholipids. Kapag ang isang fatty acid ay nakakabit sa carbon 2 ng sphingosine sa pamamagitan ng mga amide bond, isang ceramide ang ginawa, na isang molekula na halos kapareho ng diacylglycerol at kumakatawan sa pinakasimpleng sphingolipid.

Ang mga long-chain fatty acid na bumubuo sa hydrophobic na mga rehiyon ng mga lipid na ito ay maaaring maging magkakaibang. Ang mga haba ay nag-iiba mula 14 hanggang 22 carbon atoms na maaaring magkaroon ng iba't ibang mga antas ng saturation, karaniwang sa pagitan ng mga carbons 4 at 5.

Sa mga posisyon ng 4 o 6 maaari silang magkaroon ng mga pangkat na hydroxyl at dobleng mga bono sa iba pang mga posisyon o kahit na mga sanga tulad ng mga grupo ng methyl.

katangian

Ang mga kadena ng fatty acid na naka-link sa pamamagitan ng mga amide bond sa mga ceramide ay karaniwang puspos, at may posibilidad na mas mahaba kaysa sa mga matatagpuan sa glycerophospholipids, na tila mahalaga para sa kanilang biological na aktibidad.

Ang isang natatanging katangian ng sphingolipid skeleton ay maaari silang magkaroon ng isang net positibong singil sa neutral pH, bihira sa mga molekulang lipid.

Gayunpaman, ang pK a ng pangkat ng amino ay mababa kumpara sa isang simpleng amine, sa pagitan ng 7 at 8, upang ang isang bahagi ng molekula ay hindi sisingilin sa pisyolohikal na pH, na maaaring ipaliwanag ang "libre" na paggalaw ng mga ito sa pagitan ng mga bilayer.

Ang tradisyunal na pag-uuri ng sphingolipids ay nagmula mula sa maraming mga pagbabago na maaaring sumailalim sa molekula ng ceramide, lalo na sa mga tuntunin ng mga pamalit ng mga pangkat ng polar head.

Mga Tampok

Ang mga sphingolipids ay mahalaga sa mga hayop, halaman, at fungi, pati na rin sa ilang mga prokaryotic organismo at mga virus.

-Struktural function

Binago ng sphingolipids ang mga pisikal na katangian ng mga lamad, kabilang ang kanilang pagkalikido, kapal, at kurbada. Ang pag-modulate ng mga katangian na ito ay nagbibigay din sa kanila ng direktang impluwensya sa spatial na samahan ng mga protina ng lamad.

Sa lipid "rafts"

Sa biological membranes, maaaring makita ang mga dynamic na micro domain na may mas kaunting pagkatubig, na binubuo ng kolesterol at sphingolipid na mga molekula na tinatawag na lipid rafts.

Ang mga istrukturang ito ay nangyayari nang natural at malapit na nauugnay sa mga integral na protina, mga receptor ng cell sa ibabaw at mga senyas na protina, mga transporter, at iba pang mga protina na may glycosylphosphatidylinositol (GPI) na mga angkla.

-Mga function ng pag-andar

Mayroon silang mga function bilang senyales ng mga molekula na nagsisilbing pangalawang messenger o bilang mga sikretong ligand para sa mga receptor ng cell ibabaw.

Bilang pangalawang messenger maaari silang lumahok sa regulasyon ng calcium homeostasis, paglaki ng cell, tumorigenesis, at pagsugpo sa apoptosis. Bukod dito, ang aktibidad ng maraming integral at peripheral membrane protein ay nakasalalay sa kanilang kaugnayan sa sphingolipids.

Maraming mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga cell at cell kasama ang kapaligiran nito ay nakasalalay sa pagkakalantad ng iba't ibang mga pangkat ng polar ng sphingolipids sa panlabas na mukha ng lamad ng plasma.

Ang pagbubuklod ng glycosphingolipids at mga aralin ay mahalaga para sa samahan ng myelin na may mga axon, ang pagdikit ng neutrophils sa endothelium, atbp.

Mga byproducts ng iyong metabolismo

Ang pinakamahalagang signal ng sphingolipids ay ang mga long-chain base o sphingosines at ceramides, pati na rin ang kanilang mga derivatives na phosphorylated, tulad ng sphingosine 1-phosphate.

Ang mga produktong metabolismo ng maraming sphingolipids ay nag-oaktibo o nagbabawas sa maraming mga target na pang-agos sa agos (mga kinase ng protina, pospekrotein ng phosphoprotein, at iba pa), na kinokontrol ang mga kumplikadong pag-uugali ng cellular tulad ng paglago, pagkita ng kaibhan, at apoptosis.

-Ang mga receptor sa lamad

Ang ilang mga pathogens ay gumagamit ng glycosphingolipids bilang mga receptor upang mai-mediate ang kanilang pagpasok sa mga host cell o upang maihatid ang mga kadahilanan ng virulence sa kanila.

Ang mga sphingolipids ay ipinakita upang lumahok sa maraming mga kaganapan sa cellular tulad ng pagtatago, endocytosis, chemotaxis, neurotransmission, angiogenesis, at pamamaga.

Kasama rin sila sa trafficking ng lamad, kaya nakakaimpluwensya sa internalization ng receptor, pag-order, paggalaw at pagsasanib ng mga secretory vesicle bilang tugon sa iba't ibang stimuli.

Mga pangkat ng Sphingolipid

Mayroong tatlong mga subclasses ng sphingolipids, lahat ay nagmula sa ceramide at naiiba sa bawat isa sa pamamagitan ng mga polar group, namely sphingomyelins, glycolipids, at gangliosides.

Sphingomyelins

Sphingomilein. Itim: sphingosine. Pula: phosphocholine. Asul: mataba acid.

Naglalaman ang phosphocholine o phosphoethanolamine bilang isang polar head group, kaya inuri sila bilang mga phospholipids kasama ang glycerophospholipids. Ang mga ito ay kahawig, siyempre, ang mga phosphatidylcholines sa three-dimensional na istraktura at pangkalahatang mga pag-aari dahil wala silang singil sa kanilang mga polar head.

Naroroon sila sa mga lamad ng plasma ng mga selula ng hayop at lalo na sagana sa myelin, isang kaluban na pumapalibot at nag-insulto sa mga axon ng ilang mga neuron.

Neutral na glycolipids o glycosphingolipids (walang singil)

Glycolipid Wpcrosson, mula sa Wikimedia Commons

Matatagpuan ang mga ito lalo na sa panlabas na mukha ng lamad ng plasma at may isa o higit pang mga asukal bilang isang polar head group na nakadikit nang direkta sa hydroxyl ng carbon 1 ng bahagi ng ceramide. Wala silang mga pangkat na pospeyt. Dahil sa pH 7 wala silang bayad, tinatawag silang neutral glycolipids.

Ang mga cerebrosides ay may isang solong molekula ng asukal na nakakabit sa ceramide. Ang mga naglalaman ng galactose ay matatagpuan sa mga lamad ng plasma ng mga selula ng non-nerve tissue. Ang mga globosides ay glycosphingolipids na may dalawa o higit pang mga asukal, karaniwang D-glucose, D-galactose, o N-acetyl-D-galactosamine.

Acidic gangliosides o glycosphingolipids

Istraktura ng ganglioside GM1

Ito ang mga pinaka kumplikadong sphingolipids. Mayroon silang oligosaccharides bilang isang polar head group at isa o higit pang mga terminal N-acetylmuramic acid residues, na tinatawag ding sialic acid. Nagbibigay ang sialic acid ng mga gangliosides ng negatibong singil sa pH 7, na nakikilala sa kanila mula sa neutral na glycosphingolipids.

Ang nomenclature ng klase ng sphingolipids na ito ay depende sa dami ng mga residue ng sialic acid na naroroon sa bahagi ng oligosaccharide ng polar head.

Sintesis

Ang mahabang molekula ng base ng chain, o sphingosine, ay synthesized sa endoplasmic reticulum (ER) at ang pagdaragdag ng polar group sa ulo ng mga lipid na ito ay nangyayari mamaya sa Golgi complex. Sa mga mammal, ang ilang synthesis ng sphingolipids ay maaari ring maganap sa mitochondria.

Matapos makumpleto ang kanilang synthesis sa Golgi complex, ang sphingolipids ay dinadala sa iba pang mga cellular compartment sa pamamagitan ng mga mekanismo na mediated na mekanismo.

Ang biosynthesis ng sphingolipids ay binubuo ng tatlong pangunahing mga kaganapan: ang synthesis ng mga long-chain base, ang biosynthesis ng ceramides sa pamamagitan ng unyon ng isang fatty acid sa pamamagitan ng isang amide bond, at sa wakas, ang pagbuo ng mga kumplikadong sphingolipids sa pamamagitan ng ng unyon ng mga pangkat na polar sa carbon 1 ng sphingoid base.

Bilang karagdagan sa de novo synthesis, ang sphingolipids ay maaari ring mabuo sa pamamagitan ng turnover o pag-recycle ng mga long-chain base at ceramide, na maaaring pakainin ang pool ng sphingolipids.

Sintesis ng keramide skeleton

Ang biosynthesis ng ceramide, ang gulugod ng sphingolipids, ay nagsisimula sa decarboxylative condensation ng isang palmitoyl-CoA molekula at isang L-serine. Ang reaksyon ay catalyzed ng isang heterodimeric serine palmitoyl transferase (SPT), nakasalalay sa pyridoxal phosphate at ang produkto ay 3-keto dihydrosphingosine.

Ang enzyme na ito ay hinarang ng β-halo-L-alanines at L-cycloserines. Sa lebadura ito ay naka-encode ng dalawang gen, habang sa mga mammal ay may tatlong genes para sa enzyme na ito. Ang aktibong site ay matatagpuan sa cytoplasmic na bahagi ng endoplasmic reticulum.

Ang papel ng unang enzyme na ito ay na-conserve sa lahat ng mga organismo na pinag-aralan. Gayunpaman, mayroong ilang mga pagkakaiba-iba sa pagitan ng taxa na may kinalaman sa subcellular na lokasyon ng enzyme: na ang bakterya ay cytoplasmic, na ng lebadura, halaman at hayop ay nasa endoplasmic reticulum.

Ang 3-ketosphinganine ay kasunod na nabawasan ng NADPH na nakasalalay sa 3-ketosphinganine reductase upang makagawa ng sphinganine. Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) pagkatapos acetylates sphinganine upang makagawa ng dihydroceramide. Ang ceramide ay pagkatapos ay nabuo ng dihydroceramide desaturase / reductase, na nagsingit ng isang trans double bond sa posisyon 4-5.

Sa mga mammal ay maraming mga isoform ng ceramide synthases, ang bawat isa ay nagbubuklod ng isang tiyak na kadena ng mga fatty acid sa mga base ng long-chain. Samakatuwid, ang mga synthases ng ceramide at iba pang mga enzymes, mga elongases, ay nagbibigay ng pangunahing mapagkukunan ng pagkakaiba-iba para sa mga fatty acid sa sphingolipids.

Tukoy na pagbuo ng sphingolipid

Ang Sphingomyelin ay synthesized sa pamamagitan ng paglipat ng isang phosphocholine mula sa phosphatidylcholine sa ceramide, na naglalabas ng diacylglycerol. Ang reaksyon ay nag-uugnay sa mga landas ng sphingolipid at glycerophospholipid.

Ang phosphoethanolamine ceramide ay synthesized mula sa phosphatidylethanolamine at ceramide sa isang reaksyong magkatulad sa synthesis ng sphingomyelin, at sa sandaling nabuo maaari itong methylated sa sphingomyelin. Ang inositol phosphate ceramides ay nabuo sa pamamagitan ng transesterification mula sa phosphatidylinositol.

Ang Glycosphingolipids ay binago pangunahin sa Golgi complex, kung saan ang mga tukoy na glycosyltransferase enzymes ay lumahok sa pagdaragdag ng mga oligosaccharide chain sa hydrophilic na rehiyon ng ceramide skeleton.

Metabolismo

Ang pagkasira ng sphingolipids ay isinasagawa ng mga enzymes na glucxidolases at sphingomyelinases, na responsable para sa pag-alis ng mga pagbabago ng mga pangkat ng polar. Sa kabilang banda, ang mga ceramidases ay nagbabagong buhay ng mga mahabang base ng chain mula sa mga keramide.

Ang mga gangliosides ay pinanghihina ng isang hanay ng mga lysosomal na mga enzyme na nagpapagana sa hakbang-hakbang na pag-aalis ng mga yunit ng asukal, na kalaunan ay gumagawa ng isang ceramide.

Ang isa pang landas ng marawal na kalagayan ay binubuo ng internalization ng sphingolipids sa mga endocytic vesicle na ipinapabalik sa lamad ng plasma o dinala sa mga lysosome kung saan sila ay pinanghihinaan ng mga tiyak na hydrolases ng acid.

Hindi lahat ng mga long-chain base ay nai-recycled, ang endoplasmic reticulum ay may ruta para sa kanilang pagkabulok sa terminal. Ang mekanismo ng marawal na kalagayan na ito ay binubuo ng isang phosphorylation sa halip na acylation ng mga LCB, na nagbibigay ng pagtaas sa mga senyas na mga molekula na maaaring matunaw na mga substrate para sa mga lyase enzymes na nilalagay ang LCBs-phosphate upang makabuo ng acyloaldehydes at phosphoethanolamine.

Regulasyon

Ang metabolismo ng mga lipid na ito ay kinokontrol sa iba't ibang antas, ang isa sa mga ito ay ang mga enzyme na namamahala sa synthesis, ang kanilang mga pagbabago sa post-translational, at ang kanilang mga mekanismo ng allosteric.

Ang ilang mga mekanismo ng regulasyon ay tiyak sa cell, alinman upang makontrol ang sandali ng pag-unlad ng cell kung saan sila ay ginawa o bilang tugon sa mga tiyak na signal.

Mga Sanggunian

1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Bioactive Sphingolipids: Metabolismo at Pag-andar. Journal ng Lipid Research, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Sphingolipid Homeostasis sa Endoplasmic Reticulum at Higit pa. Mga Cold Spring Harbour Perspectives sa Biology, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH, & Hannun, YA (2004). Ang kumplikadong buhay ng simpleng sphingolipids. Mga Ulat sa EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T., & Campopiano, DJ (2018). Sposyolipid biosynthesis sa tao at mikrobyo. Mga Ulat sa Likas na Produkto, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S., & Futerman, AH (2007). Ang metabolismo at pag-andar ng sphingolipids at glycosphingolipids. Mga Agham sa Buhay at Molekular na Buhay, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekular na Cell Biology (Ika-5 ed.). Freeman, WH & Company.
7. Luckey, M. (2008). Ang biology na istruktura ng lamad: na may mga pundasyong biochemical at biophysical. Pressridge University Press. Nakuha mula sa www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Ang sphingolipid at glycosphingolipid na mga landas sa metabolic path sa panahon ng sphingolipidomics. Mga Review sa Chemical, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Mga Prinsipyo ng Lehninger ng Biochemistry. Mga Edisyon ng Omega (Ika-5 ed.).
10. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biochemistry ng lipids, lipoproteins at lamad. Sa Bagong Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (ika-4 na ed.). Elsevier.