Kwas fosfatydowy lub fosfatydan , jest fosfolipidem należące do rodziny glicerofosfolipidów lub fosfoglicerydy, które występują we wszystkich błon biologicznych. Jest to najprostszy fosfolipid i działa jako prekursor innych, bardziej złożonych glicerofosfolipidów, chociaż nie występuje w dużych ilościach.
Na przykład u E. coli stanowi mniej niż 0,5% wszystkich fosfolipidów w błonie komórkowej i szybko się zmienia ze względu na swoją rolę jako biosyntetyczny związek pośredni.
Fishera's Representation for Phosphatidic Acid (źródło: Mzaki via Wikimedia Commons)
Ten prekursorowy fosfolipid jest tworzony przez acylowanie grup hydroksylowych 3-fosforanu glicerolu dwoma aktywowanymi cząsteczkami kwasów tłuszczowych i uważa się, że jest obecny w praktycznie wszystkich błonach biologicznych.
Kardiolipina, ważny fosfolipid obecny w błonie mitochondrialnej i błonie plazmatycznej bakterii i archeonów, składa się z dwóch cząsteczek kwasu fosfatydowego przyłączonych do cząsteczki glicerolu.
Kwas lizofosfatydowy, czyli cząsteczka kwasu fosfatydowego pozbawiona grupy acylowej, uczestniczy jako cząsteczka pośrednia w wielu procesach sygnalizacji pozakomórkowej.
Struktura chemiczna
Podobnie jak większość fosfolipidów, kwas fosfatydowy jest amfipatyczną cząsteczką z dwoma końcami o przeciwnej hydrofilowości: hydrofilowym końcem polarnym i hydrofobowymi ogonami niepolarnymi.
Jak wspomniano wcześniej, jest to najprostszy fosfolipid, ponieważ jego „głowa” lub grupa polarna składa się wyłącznie z grupy fosforanowej, która jest przyłączona do węgla w pozycji 3 cząsteczki glicerolu.
Ich niepolarne ogony są utworzone przez dwa łańcuchy kwasów tłuszczowych zestryfikowane z atomami węgla w pozycjach 1 i 2 3-fosforanu glicerolu. Te kwasy tłuszczowe mają różne długości i stopnie nasycenia.
Zwykle długość przyłączonych kwasów tłuszczowych wynosi od 16 do 24 atomów węgla; i ustalono, że kwas tłuszczowy przyłączony do węgla 2 jest zwykle nienasycony (obecność podwójnych wiązań węgiel-węgiel), chociaż zależy to od rozpatrywanego organizmu, ponieważ w plastydach roślin jest to nasycony kwas tłuszczowy.
Biosynteza
Biosynteza kwasu fosfatydowego jest punktem rozgałęzienia syntezy innych glicerofosfolipidów. Rozpoczyna się aktywacją kwasów tłuszczowych poprzez dodanie części CoA, reakcję katalizowaną przez syntetazę acylo-CoA, która wytwarza acylo-CoA.
Istnieją różne izoformy tego enzymu występujące w siateczce endoplazmatycznej i mitochondriach, ale reakcje zachodzą w podobny sposób, jak u prokariotów.
Pierwszym „zaangażowanym” etapem szlaku biosyntezy jest przeniesienie cząsteczki acylo-CoA do 3-fosforanu glicerolu, reakcja katalizowana przez acylotransferazę glicerolu 3-fosforanu związaną z zewnętrzną błoną mitochondriów i siateczką endoplazmatyczny.
Uważa się, że produkt tej reakcji, kwas lizofosfatydowy (ponieważ ma tylko jeden łańcuch węglowodorowy), jest przenoszony z mitochondriów do retikulum endoplazmatycznego w celu przeprowadzenia drugiej reakcji acylacji.
Graficzne podsumowanie syntezy kwasu fosfatydowego (źródło: Krishnavedala za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Enzym, który katalizuje ten etap, jest znany jako acylotransferaza 1-acyloglicerolo-3-fosforanu, występująca w błonie retikulum endoplazmatycznego i specyficznie przenosząca nienasycone kwasy tłuszczowe do węgla w pozycji 2 cząsteczki 3-fosforanu 1-acyloglicerolu.
Powstały w ten sposób kwas fosfatydowy może być hydrolizowany przez fosfatazę kwasu fosfatydowego do 1,2-diacyloglicerolu, który można następnie zastosować do syntezy fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanoloaminy.
Inne sposoby produkcji
Alternatywny szlak produkcji kwasu fosfatydowego, który obejmuje „recykling” cząsteczek 1,2-diacyloglicerolu, wiąże się z udziałem specyficznych enzymów kinaz, które przenoszą grupy fosforanowe na węgiel w pozycji 3 diacyloglicerolu.
Innym jest hydroliza innych fosfolipidów, katalizowana przez enzymy znane jako fosfolipazy. Przykładem tego procesu jest produkcja kwasu fosfatydowego z fosfatydylocholiny dzięki działaniu fosfolipazy D, która hydrolizuje wiązanie choliny z grupą fosforanową 3-fosforanu 1,2-diacyloglicerolu.
Biosynteza u roślin
Produkcja kwasu fosfatydowego w roślinach jest związana z czterema różnymi przedziałami komórek roślinnych: plastydem, retikulum endoplazmatycznym, mitochondriami i kompleksem Golgiego.
Pierwszy etap szlaku jest taki sam, jak opisano wcześniej, a acylotransferaza glicerolu 3-fosforanu uczestniczy w każdym przedziale, przenosząc aktywowaną grupę acylo-CoA na węgiel 1 cząsteczki 3-fosforanu glicerolu.
Syntezę kończy enzym zwany acylotransferazą kwasu lizofosfatydowego po przeniesieniu innej grupy acylowej na pozycję C3 kwasu lizofosfatydowego.
W plastydach roślin enzym ten selektywnie przenosi nasycone kwasy tłuszczowe o odpowiedniej długości z 16 atomami węgla. Jest to szczególna cecha lipidów syntetyzowanych w tych organellach.
cechy
Kwas fosfatydowy jest prekursorem fosfolipidów dla wielu fosfolipidów, galaktolipidów i trójglicerydów w wielu organizmach. Dlatego jest niezbędną cząsteczką dla komórek, chociaż nie spełnia bezpośrednich funkcji strukturalnych.
U zwierząt jeden z produktów jego enzymatycznej hydrolizy, 1,2-diacyloglicerol, jest używany do tworzenia triacyloglicerydów lub trójglicerydów poprzez transestryfikację trzecią aktywowaną cząsteczką kwasu tłuszczowego (związaną z częścią CoA).
Triglicerydy są ważnymi cząsteczkami rezerw energii dla zwierząt, ponieważ utlenianie obecnych w nich kwasów tłuszczowych prowadzi do uwolnienia dużych ilości energii oraz prekursorów i produktów pośrednich w innych szlakach metabolicznych.
Inny produkt jego hydrolizy, kwas lizofosfatydowy, jest ważnym drugim przekaźnikiem w niektórych pozakomórkowych szlakach sygnałowych, które obejmują wiązanie się z receptorami na powierzchni innych komórek, między innymi biorących udział w powstawaniu guzów, angiogenezie i odpowiedziach immunologicznych.
Jego funkcje jako cząsteczki sygnalizacyjnej obejmują udział w indukcji proliferacji komórek, zmniejszonej apoptozy, agregacji płytek krwi, skurczu mięśni gładkich, chemotaksji, inwazji komórek nowotworowych i innych.
U bakterii kwas fosfatydowy jest niezbędny podczas procesu wymiany fosfolipidów na błonie, który dostarcza komórce „osmoprotekcyjne” cząsteczki zwane „oligosacharydami pochodzącymi z błon”.
Bibliografia
- Koolman, J. i Roehm, K. (2005). Color Atlas of Biochemistry (wyd. 2). Nowy Jork, USA: Thieme.
- Luckey, M. (2008). Biologia strukturalna błony: na podstawach biochemicznych i biofizycznych. Cambridge University Press
- Mathews, C., van Holde, K. i Ahern, K. (2000). Biochemistry (3rd ed.). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (wyd. 28). McGraw-Hill Medical.
- Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
- Rawn, JD (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Vance, JE i Vance, DE (2008). Biochemia lipidów, lipoprotein i błon. W New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. wyd.). Elsevier.