SFINGOMIELINA: BUDOWA, FUNKCJE, SYNTEZA I METABOLIZM - BIOLOGIA - 2025

Sfingomielina jest najliczniejszym sfingolipidy w tkankach zwierzęcych: wiadomo, występują we wszystkich błon komórkowych badanych do tej pory. Ma podobieństwa strukturalne do fosfatydylocholiny pod względem polarnej grupy głowy, dlatego jest również klasyfikowany jako fosfolipid (fosfosfingolipid).

XIX wieku naukowiec Johann Thudichum wyizolował z tkanki mózgowej rozpuszczalny w eterze składnik lipidowy i nazwał go sfingomieliną. Później, w 1927 r., Strukturę tego sfingolipidu opisano jako N-acylo-sfingozyny-1-fosfocholinę.

Struktura sfingomieliny (źródło: Jag123 z angielskiej Wikipedii, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Podobnie jak inne sfingolipidy, sfingomielina pełni funkcję zarówno strukturalną, jak i komórkową, a szczególnie występuje w tkankach nerwowych, szczególnie w mielinie, otoczce, która pokrywa i izoluje aksony niektórych neuronów.

Jego dystrybucję badano poprzez frakcjonowanie subkomórkowe i eksperymenty degradacji enzymatycznej ze sfingomielinazami, a wyniki wskazują, że ponad połowa sfingomieliny w komórkach eukariotycznych znajduje się w błonie komórkowej. Zależy to jednak od typu komórki. Na przykład w fibroblastach stanowi prawie 90% wszystkich lipidów.

Deregulacja procesów syntezy i metabolizmu tego lipidu prowadzi do rozwoju złożonych patologii lub lipidozy. Przykładem tego jest dziedziczna choroba Niemanna-Picka, charakteryzująca się powiększeniem wątroby i śledziony oraz postępującą dysfunkcją neurologiczną.

Struktura

Sfingomielina to amfipatyczna cząsteczka złożona z głowy polarnej i dwóch ogonów niepolarnych. Grupa polarna głowy jest cząsteczką fosfocholiny, więc może wyglądać podobnie do glicerofosfolipidowej fosfatydylocholiny (PC). Istnieją jednak zasadnicze różnice dotyczące obszaru międzyfazowego i hydrofobowego między tymi dwiema cząsteczkami.

Najbardziej powszechną zasadą w cząsteczce sfingomieliny ssaków jest ceramid, złożony z sfingozyny (1,3-dihydroksy-2-amino-4-oktadecenu), który ma podwójne wiązanie trans pomiędzy atomami węgla w pozycjach 4 i 5 łańcucha węglowodorowego. Jej nasycona pochodna, sfinganina, jest również powszechna, ale występuje w mniejszym stopniu.

Długość hydrofobowych ogonów sfingomieliny wynosi od 16 do 24 atomów węgla, a skład kwasów tłuszczowych różni się w zależności od tkanki.

Na przykład sfingomieliny w istocie białej ludzkiego mózgu zawierają kwas nerwowy, te w istocie szarej zawierają głównie kwas stearynowy, a przeważającą postacią w płytkach krwi jest arachidonian.

Generalnie istnieje rozbieżność w długości między dwoma łańcuchami kwasów tłuszczowych sfingomieliny, co wydaje się sprzyjać zjawisku „interdigitacji” między węglowodorami w przeciwnych monowarstwach. Daje to membranie szczególną stabilność i szczególne właściwości w porównaniu z innymi membranami, które są gorsze w tym sfingolipidzie.

W obszarze międzyfazowym cząsteczki sfingomielina ma grupę amidową i wolny hydroksyl na węglu 3, który może służyć jako donory i akceptory wiązań wodorowych dla wiązań wewnątrz- i międzycząsteczkowych, co jest ważne w definiowaniu domen bocznych i interakcji. z różnymi typami cząsteczek.

cechy

-Sygnalizacja

Produkty metabolizmu sfingozyny - ceramid, sfingozyna, 1-fosforan sfingozyny i diacyloglicerol - są ważnymi efektorami komórkowymi i odgrywają rolę w wielu funkcjach komórkowych, takich jak między innymi apoptoza, rozwój i starzenie się, sygnalizacja komórkowa.

-Struktura

Dzięki trójwymiarowej, „cylindrycznej” strukturze sfingomieliny, lipid ten może tworzyć bardziej zwarte i uporządkowane domeny błonowe, co ma ważne implikacje funkcjonalne z punktu widzenia białka, ponieważ może tworzyć specyficzne domeny dla niektórych integralnych białek błonowych.

W lipidowych „tratwach” i caveolae

Tratwy lipidowe, fazy błonowe lub uporządkowane mikro-domeny sfingolipidów, takie jak sfingomielina, niektóre glicerofosfolipidy i cholesterol, stanowią stabilne platformy dla asocjacji białek błonowych o różnych funkcjach (receptory, transportery itp.).

Caveolae to wgłębienia błony komórkowej, które rekrutują białka z kotwicami GPI i są również bogate w sfingomielinę.

Odnośnie cholesterolu

Cholesterol ze względu na swoją sztywność strukturalną znacząco wpływa na budowę błon komórkowych, szczególnie w aspektach związanych z płynnością, dlatego uważany jest za pierwiastek niezbędny.

Ponieważ sfingomieliny posiadają zarówno donory, jak i akceptory wiązań wodorowych, uważa się, że są one zdolne do tworzenia bardziej „stabilnych” interakcji z cząsteczkami cholesterolu. Z tego powodu mówi się, że istnieje dodatnia korelacja między poziomem cholesterolu i sfingomieliny w błonach.

Synteza

Synteza sfingomieliny zachodzi w kompleksie Golgiego, gdzie ceramid transportowany z retikulum endoplazmatycznego (ER) jest modyfikowany poprzez przeniesienie cząsteczki fosfocholiny z fosfatydylocholiny, z jednoczesnym uwolnieniem cząsteczki diacyloglicerolu. Reakcja jest katalizowana przez syntazę SM (ceramid: fosfatydylocholinofosfocholinotransferaza).

Istnieje również inny szlak do produkcji sfingomieliny, który może wystąpić poprzez przeniesienie fosfoetanoloaminy z fosfatydyloetanoloaminy (PE) do ceramidu, a następnie metylacja fosfoetanoloaminy. Uważa się, że jest to szczególnie ważne w niektórych tkankach nerwowych bogatych w PE.

Syntaza sfingomieliny znajduje się po stronie światła błony kompleksu Golgiego, co jest zgodne z pozacytoplazmatyczną lokalizacją sfingomieliny w większości komórek.

Ze względu na charakterystykę polarnej grupy sfingomieliny i pozorny brak specyficznych translokaz, topologiczna orientacja tego lipidu zależy od syntazy enzymatycznej.

Metabolizm

Degradacja sfingomieliny może nastąpić zarówno w błonie komórkowej, jak iw lizosomach. Hydroliza lizosomalna do ceramidu i fosfocholiny jest zależna od kwaśnej sfingomielinazy, rozpuszczalnej lizosomalnej glikoproteiny, której aktywność ma optymalne pH około 4,5.

Hydroliza w błonie komórkowej jest katalizowana przez sfingomielinazę, która działa przy pH 7,4 i która do działania wymaga dwuwartościowych jonów magnezu lub manganu. Inne enzymy zaangażowane w metabolizm i recykling sfingomieliny znajdują się w różnych organellach, które łączą się ze sobą poprzez pęcherzykowe szlaki transportowe.

Bibliografia

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sfingomielina: aspekty biofizyczne. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 29–34.
2. Kanfer, J. i Hakomori, S. (1983). Biochemia sfingolipidów. (D. Hanahan, red.), Handbook of Lipid Research 3 (wyd. 1). Plenum Press.
3. Koval, M. i Pagano, R. (1991). Transport wewnątrzkomórkowy i metabolizm sfingomieliny. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (wyd. 5). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Choroba Niemanna-Picka typu C: widmo mutacji HE1 i korelacje genotyp / fenotyp w grupie NPC2. Jestem J. Hum. Genet. , 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Właściwości błonowe sfingomielin. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Sfingomielina - interakcje cholesterolu w błonach biologicznych i modelowych. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 13–27.
8. Vance, JE i Vance, DE (2008). Biochemia lipidów, lipoprotein i błon. W New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. wyd.). Elsevier.