Fosfatydyloetanoloaminy (PE) stanowi glicerofosfolipid abundande w błonie prokariontów. Wręcz przeciwnie, w błonach komórek eukariotycznych jest to drugi po fosfatydylocholinie najliczniej występujący glicerofosfolipid we wnętrzu błony komórkowej.
Pomimo obfitości fosfatydyloetanoloaminy, jej liczebność zależy nie tylko od rodzaju komórki, ale także od przedziału i momentu rozpatrywanego określonego cyklu życia komórki.
Cząsteczka fosfatydyloetanoloaminy
Błony biologiczne to bariery definiujące organizmy komórkowe. Pełnią one nie tylko funkcje ochronne i izolacyjne, ale są również kluczem do tworzenia białek, które do optymalnego funkcjonowania wymagają środowiska hydrofobowego.
Zarówno eukarionty, jak i prokarionty mają błony złożone głównie z glicerofosfolipidów oraz, w mniejszym stopniu, sfingolipidów i steroli.
Glicerofosfolipidy to amfipatyczne cząsteczki zbudowane na szkielecie L-glicerolu, który jest estryfikowany w pozycjach sn-1 i sn-2 przez dwa kwasy tłuszczowe o różnej długości i stopniu nasycenia. W grupie hydroksylowej w pozycji sn-3 jest estryfikowana przez grupę fosforanową, do której z kolei mogą być przyłączane różne typy cząsteczek, które dają początek różnym klasom glicerofosfolipidów.
W świecie komórkowym istnieje ogromna różnorodność glicerofosfolipidów, jednak najbardziej rozpowszechnione są fosfatydylocholina (PC), fosfatydyloetanoloamina (PE), fosfatydyloseryna (PS), fosfatydyloinozytol (PI), kwas fosfatydowy (PA), fosfatydyloglicerol (PG) i kardiolipina (CL).
Struktura
Strukturę fosfatydyloetanoloaminy odkryli Baer i wsp. W 1952 r. Jak ustalono eksperymentalnie dla wszystkich glicerofosfolipidów, fosfatydyloetanoloamina składa się z cząsteczki glicerolu zestryfikowanej w pozycjach sn-1 i sn-2 łańcuchami kwasowymi. tłuszcz zawierający od 16 do 20 atomów węgla.
Zestryfikowane kwasy tłuszczowe w hydroksylu sn-1 są na ogół nasycone (bez wiązań podwójnych) o maksymalnej długości 18 atomów węgla, podczas gdy łańcuchy połączone w pozycji sn-2 są dłuższe i zawierają jedno lub więcej nienasyceń ( wiązania podwójne).
Stopień nasycenia tych łańcuchów wpływa na elastyczność błony, co ma duży wpływ na insercję i sekwestrację białek w dwuwarstwie.
Fosfatydyloetanoloamina jest uważana za nielamelarny glicerofosfolipid, ponieważ ma stożkowy kształt geometryczny. Ten kształt jest nadawany przez mały rozmiar jego grupy polarnej lub „głowy” w stosunku do łańcuchów kwasów tłuszczowych, które zawierają hydrofobowe „ogony”.
„Główka” lub grupa polarna fosfatydyloetanoloaminy ma charakter obojnaczojonowy, to znaczy zawiera grupy, które mogą być naładowane dodatnio i ujemnie w pewnych warunkach pH.
Ta cecha pozwala mu na wiązanie wodorowe z dużą liczbą reszt aminokwasowych, a rozkład ładunku jest istotnym wyznacznikiem topologii domeny wielu integralnych białek błonowych.
Biosynteza
W komórkach eukariotycznych synteza lipidów strukturalnych jest ograniczona geograficznie, a głównym miejscem biosyntezy jest retikulum endoplazmatyczne (ER), aw mniejszym stopniu aparat Golgiego.
Istnieją cztery niezależne szlaki biosyntezy do produkcji fosfatydyloetanoloaminy: (1) szlak CDP-etanoloamina, znany również jako szlak Kennedy'ego; (2) szlak PSD dla dekarboksylacji fosfatydyloseryny (PS); (3) acylowanie lizo-PE i (4) reakcje zmiany zasady grupy polarnej innych glicerofosfolipidów.
Kennedy Route
Biosynteza fosfatydyloetanoloaminy tą drogą ogranicza się do ER i wykazano, że w komórkach wątroby chomika jest to główna droga produkcji. Składa się z trzech kolejnych etapów enzymatycznych katalizowanych przez trzy różne enzymy.
W pierwszym etapie dzięki działaniu kinazy etanoloaminowej, która katalizuje zależną od ATP fosforylację etanoloaminy, powstają fosfoetanoloamina i ADP.
W przeciwieństwie do roślin, ani ssaki, ani drożdże nie są zdolne do produkcji tego substratu, dlatego należy go spożywać w pożywieniu lub pozyskiwać z degradacji istniejących wcześniej cząsteczek fosfatydyloetanoloaminy lub sfingozyny.
Fosfoetanoloamina jest używana przez CTP: cytydylotransferazę fosfoetanoloaminową (ET) do tworzenia wysokoenergetycznego związku CDP: etanoloaminy i nieorganicznego fosforanu.
Fosfotransferaza 1,2-diacylogliceroloetanoloaminy (ETP) wykorzystuje energię zawartą w wiązaniu CDP-etanoloamina, aby kowalencyjnie związać etanoloaminę z cząsteczką diacyloglicerolu wprowadzoną do membrany, dając początek fosfatydyloetanoloaminy.
Route PSD
Ta droga działa zarówno u prokariontów, jak i u drożdży i ssaków. U bakterii występuje w błonie komórkowej, ale u eukariotów występuje w obszarze retikulum endoplazmatycznego, który jest blisko spokrewniony z błoną mitochondrialną.
U ssaków szlak ten jest katalizowany przez pojedynczy enzym, dekarboksylazę fosfatydyloseryny (PSD1p), który jest osadzony w błonie mitochondrialnej, której gen jest kodowany przez jądro. Reakcja obejmuje dekarboksylację PS do fosfatydyloetanoloaminy.
Pozostałe dwa szlaki (acylacja PE-lizo i wymiana wapnia zależna od grup polarnych) zachodzą w retikulum endoplazmatycznym, ale nie przyczyniają się znacząco do całkowitej produkcji fosfatydyloetanoloaminy w komórkach eukariotycznych.
cechy
Glicerofosfolipidy pełnią w komórce trzy główne funkcje, spośród których wyróżniają się funkcje strukturalne, magazynowanie energii i sygnalizacja komórkowa.
Fosfatydyloetanoloamina jest związana z kotwiczeniem, stabilizacją i fałdowaniem wielu białek błonowych, a także zmianami konformacyjnymi niezbędnymi do funkcjonowania wielu enzymów.
Istnieją dowody doświadczalne, które sugerują, że fosfatydyloetanoloamina jest kluczowym glicerofosfolipidem w późnym stadium telofazy, podczas tworzenia pierścienia kurczliwego i tworzenia się fragmoplastu, który umożliwia podział błony dwóch komórek potomnych.
Odgrywa również ważną rolę we wszystkich procesach fuzji i rozszczepienia (zrostu i separacji) błon zarówno retikulum endoplazmatycznego, jak i aparatu Golgiego.
U E. coli wykazano, że fosfatydyloetanoloamina jest niezbędna do prawidłowego fałdowania i działania enzymu permeazy laktozy, dlatego sugeruje się, że pełni ona rolę molekularnego „chaperonu”.
Fosfatydyloetanoloamina jest głównym donorem cząsteczki etanoloaminy niezbędnej do potranslacyjnej modyfikacji wielu białek, takich jak kotwice GPI.
Ten glicerofosfolipid jest prekursorem wielu cząsteczek o aktywności enzymatycznej. Ponadto cząsteczki pochodzące z jego metabolizmu, a także diacyloglicerol, kwas fosfatydowy i niektóre kwasy tłuszczowe mogą działać jako wtórni posłańcy. Dodatkowo jest ważnym substratem do produkcji fosfatydylocholiny.
Bibliografia
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM i van Golde, LMG (1999). Szybka separacja i identyfikacja cząsteczek fosfatydyloetanoloaminy. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Odzyskany z jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM i Claypool, SM (2018). Fosfatydyloetanoloamina wytwarzana w wewnętrznej błonie mitochondrialnej jest niezbędna dla funkcji kompleksu cytochromu bc1 drożdży 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O. i Claypool, SM (2016). Metabolizm fosfatydyloetanoloaminy w zdrowiu i chorobach. International Review of Cell and Molecular Biology (tom 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F. i Smith, TK (2010). Szlak Kennedy'ego - synteza de novo fosfatydyloetanoloaminy i fosfatydylocholiny. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- Harayama, T. i Riezman, H. (2018). Zrozumienie różnorodności składu lipidów błonowych. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Biologia strukturalna błony: na podstawach biochemicznych i biofizycznych. Cambrudge University Press. Odzyskany z cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Badanie dyfrakcji rentgenowskiej polimorfizmu uwodnionych diacylo- i dialkilofosfatydyloetanoloamin. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T. i Cremer, PS (2017). Obsługiwane dwuwarstwy lipidowe z fosfatydyloetanoloaminą jako głównym składnikiem. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR i Feignenson, GW (2008). Lipidy błonowe: gdzie się znajdują i jak się zachowują. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Biologia molekularna i komórkowa metabolizmu fosfatydyloseryny i fosfatydyloetanoloaminy. W K. Moldave (red.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Academic Press.
- Vance, JE (2008). Fosfatydyloseryna i fosfatydyloetanoloamina w komórkach ssaków: dwa metabolicznie powiązane aminofosfolipidy. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE i Tasseva, G. (2013). Tworzenie i funkcja fosfatydyloseryny i fosfatydyloetanoloaminy w komórkach ssaków. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X. i Zeisel, SH (2003). Aktywność fosfatydyloetanoloamino-N-metylotransferazy i cholina pochodząca z diety regulują przepływ lipidów w wątrobie i osoczu oraz metabolizm niezbędnych kwasów tłuszczowych u myszy. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386–3391.