Структура фосфатидилэтаноламіну, біосинтез і функції



The фосфатидилэтаноламін (РЕ) являє собою глицерофосфолипид, рясний у плазматичних мембранах прокариотических організмів. Навпаки, у мембранах еукаріотичних клітин це другий найбільш поширений гліцерофосфоліпід на внутрішній стороні плазматичної мембрани після фосфатидилхоліну.

Незважаючи на велику кількість фосфатидилэтаноламіну, його чисельність залежить не тільки від типу клітини, але і від відсіку і від конкретного часу життєвого циклу клітини, що розглядається.

Біологічні мембрани - це бар'єри, що визначають клітинні організми. Вони не тільки володіють захисними та ізоляційними функціями, але й є ключовими для створення білків, які потребують гідрофобної середовища для оптимального функціонування..

Як еукаріот, так і прокаріоти мають мембрани, що складаються в основному з гліцерофосфоліпідів і, в меншій мірі, сфінголіпідів і стеринів..

Гліцерофосфоліпіди являють собою амфіпатичні молекули, структуровані на скелеті L-гліцерину, який этерифицируется в положеннях sn-1 і sn-2 двома жирними кислотами різної довжини і ступеня насичення. У гідроксилі положення sn-3 этерифицируется фосфатною групою, до якої в свою чергу можуть бути приєднані різні типи молекул, які дають початок різним класам глицерофосфолипидов \ t.

Є безліч гліцерофосфоліпідів в стільниковому світі, однак найбільш поширеними є фосфатидилхолін (PC), фосфатидилетаноламін (PE), фосфатидилсерина (PS), фосфатидилинозитол (PI), фосфатидного кислоти (PA), фосфатидилгліцерин (PG) і кардиолипину (CL).

Індекс

  • 1 Структура
  • 2 Біосинтез
    • 2.1 Маршрут Кеннеді
    • 2.2 Шлях PSD
  • 3 Функції
  • 4 Посилання

Структура

Структура фосфатидилетаноламін була виявлена ​​Бера і співавт в 1952 році, як було експериментально визначеної для всіх гліцерофосфоліпідів, фосфатіділетаноламін містить молекулу гліцерину етерифікування в Sn-1 положенні і СН-2 з кислотними ланцюгами жирних від 16 до 20 атомів вуглецю.

Жирні кислоти, етерифіковані в гідроксилу Sn-1, як правило, не насичені (подвійні зв'язків) з довжинами атомів вуглецю 18, в той час як ланцюга приєднані в положенні СНА-2, мають велику довжину і з одним або кілька ненасиченістю ( подвійні зв'язку).

Ступінь насиченості цих ланцюгів сприяє еластичності мембрани, що має великий вплив на вставку і секвестрацію білків в бислое..

Фосфатидилэтаноламін вважається неламелярним глицерофосфолипидом, оскільки має конічну геометричну форму. Ця форма задається малим розміром його полярної групи або "голови", по відношенню до ланцюгів жирних кислот, які містять гідрофобні "хвости".

"Голова" або полярна група фосфатидилэтаноламіну має цвиттерионний характер, тобто вона має групи, які можуть бути позитивно і негативно зарядженими при певних умовах рН.

Ця особливість дозволяє встановити водневі зв'язки з великою кількістю амінокислотних залишків і їх розподіл заряду є суттєвим детермінантом для топології доменів багатьох інтегральних мембранних білків..

Біосинтез

У еукаріотичних клітинах синтез структурних ліпідів географічно обмежений, будучи головним місцем біосинтезу ендоплазматичного ретикулуму (ER) і в меншій мірі апаратом Гольджі..

Існують чотири незалежних шляхи біосинтезу для виробництва фосфатидилэтаноламіну: (1) маршрут CDP-етаноламіну, також відомий як маршрут Кеннеді; (2) шлях PSD для декарбоксилювання фосфатидилсерину (PS); (3) ацилювання лізо-ПЕ і (4) реакції зміни бази полярної групи інших гліцерофосфоліпідів.

Маршрут Кеннеді

Біосинтез фосфатидилэтаноламіну за цим способом обмежується ER і було показано, що в клітинах печінки хом'яка це основний шлях виробництва. Він складається з трьох послідовних ферментативних етапів, які каталізуються трьома різними ферментами.

На першому етапі фосфоэтаноламин і АДФ одержують дією етаноламінкінази, яка каталізує АТФ-залежне фосфорилювання етаноламіну.

На відміну від рослин, ні ссавці, ні дріжджі не здатні виробляти цей субстрат, тому його потрібно вживати в раціоні або отримувати від деградації вже існуючих молекул фосфатидилэтаноламіну або сфінгозину..

Фосфоетаноламін використовується CTP: фосфоэтаноламин цитидилтрансфераза (ET) для утворення високоенергетичного з'єднання CDP: етаноламін і неорганічний фосфат.

1,2-діацілгліцерін етаноламін фосфотрансферази (ETP) використовує енергію, що міститься в CDP-етаноламін, щоб ковалентно зв'язуватися з молекулою етаноламіну діацілгліцерін вставка в мембрану, що призводить до фосфатіділетаноламін.

PSD маршрут

Цей маршрут діє як у прокаріотів, так і в дріжджах і ссавцях. У бактерій вона зустрічається в плазматичній мембрані, але у еукаріотів вона протікає в області ендоплазматичного ретикулума, що має тісний зв'язок з мітохондріальною мембраною..

У ссавців шлях каталізується одним ферментом, фосфатидилсериндекарбоксилазой (PSD1p), яка вбудовується в мітохондріальну мембрану, ген якої кодується ядром. Реакція включає декарбоксилювання PS до фосфатидилэтаноламина.

Решта два маршрути (лізо-РЕ ацилирования і обмін кальцій-залежної полярна група) відбувається в ендоплазматичної мережі, але не робити значний внесок у загальний обсяг виробництва фосфатидилетаноламін в клітині.

Функції

Гліцерофосфоліпіди мають три основні функції в клітці, включаючи структурні функції, накопичення енергії і сигналізацію клітин..

Фосфатидилэтаноламін пов'язаний з закріпленням, стабілізацією і складанням безлічі мембранних білків, а також конформаційними змінами, необхідними для функціонування багатьох ферментів.

Експериментальні дані свідчать про фосфатіділетаноламін як найважливішого гліцерофосфоліпіди в пізній стадії телофази, при формуванні скорочувального кільця і ​​створенні fragmoplasto, що дозволяє мембранне розділення двох дочірніх клітин.

Вона також має важливу функцію у всіх процесах злиття та поділу (об'єднання та поділу) мембран ендоплазматичного ретикулума та апарату Гольджі..

У E. coli було доведено, що фосфатидилэтаноламин необхідний для правильного згортання і функції ферменту лактози пермеази, тому було висловлено припущення, що він має роль молекулярного "шаперона".

Фосфатидилэтаноламін є основним донором молекули етаноламіну, необхідної для посттрансляційної модифікації численних білків, таких як якорі GPI..

Цей гліцерофосфоліпід є попередником численних молекул з ферментативною активністю. Крім того, молекули, отримані з його метаболізму, а також диацилглицерин, фосфатидная кислота і деякі жирні кислоти, можуть діяти як вторинні месенджери. Крім того, він є важливим субстратом для виробництва фосфатидилхоліну.

Список літератури

  1. Brouwers, J.F.F.M., Vernooij, E.A.A.M., Tielens, A.G.M., & van Golde, L.M.G. (1999). Швидке відділення і ідентифікація молекулярних видів фосфатидилэтаноламіну. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Відновлено з jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Фосфатидилэтаноламін, що утворюється у внутрішній мітохондріальній мембрані, є суттєвою для комплексної функції цитохрому bc1 дріжджів 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, Е., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Метаболізм фосфатидилетаноламіну в здоров'ї та захворюваннях. Міжнародний огляд клітинної та молекулярної біології (том 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T. K. (2010). Шлях Кеннеді-de novo синтезу фосфатидилэтаноламина і фосфатидилхоліну. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Розуміння різноманітності ліпідного складу мембран. Відгуки про природу Молекулярна клітинна біологія, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Структурна біологія мембран: з біохімічними та біофізичними основами. Cambridge University Press. Отримано з cambrudge.org
  7. Seddon, J. М., Cevc, G., Kaye, R. D., & Marsh, D. (1984). Рентгенографічне дослідження поліморфізму гідратованих діацил- і диалкилфосфатидилэтаноламинов. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Підтримували ліпідні бислои з фосфатидилэтаноламіном як основний компонент. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R., & Feignenson, G.W. (2008). Мембранні ліпіди: де вони знаходяться і як вони ведуть себе. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J.E. (2003). Молекулярна та клітинна біологія метаболізму фосфатидилсерина та фосфатидилетаноламіну. У K. Moldave (ред.), Progress Nucleic Acid Research і молекулярна біологія (стор. 69-111). Academic Press.
  11. Vance, J.E. (2008). Фосфатидилсерин і фосфатидилэтаноламин в клітинах ссавців: два метаболічно пов'язаних аминофосфолипида. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J.E., & Tasseva, G. (2013). Утворення і функція фосфатидилсерина і фосфатидилэтаноламина в клітинах ссавців. Biochimica et Biophysica Acta - молекулярна та клітинна біологія ліпідів, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Активність фосфатидилэтаноламін-N-метилтрансферази та дієтичний холін регулюють потік ліпідів у печінці та плазмі та метаболізм есенціальних жирних кислот у мишей. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.