Kardiolipin'den da diphosphatidylglycerol olarak bilinen bir lipit glicerofosfolípidos ailesi ve poliglicerofosfolípidos grubudur. Ökaryotik organizmaların mitokondriyal zarında, birçok bakterinin plazma zarında ve ayrıca bazı arkelerde bulunur.
Pangborn tarafından 1942'de bir sığırların kalp dokusundaki zar lipidlerinin analizinden keşfedildi. Yapısı 1956'da önerildi ve kimyasal sentez yaklaşık 10 yıl sonra gerçekleşti.
Kardiyolipinin Yapısı (Kaynak: Edgar181, Wikimedia Commons)
Bazı yazarlar, varlığının, ökaryotlarda mitokondri, bakterilerdeki plazma membranları ve bazı protistlerde hidrojensomlar (mitokondriyal benzeri organeller) durumunda olduğu gibi ATP üreten membranlarla sınırlı olduğunu düşünüyor.
Kardiyolipinin mitokondride ve bakteri plazma zarında bulunması, endosimbiyotik teorinin temellerini güçlendirmek için kullanılmıştır; bu, mitokondrinin ökaryotların progenitör hücrelerinde bir bakterinin fagositozu ile ortaya çıktığını belirtir. sonra hücreye bağımlı hale geldi ve bunun tersi de oldu.
Hayvanlarda biyosentetik yolu 1970-1972 yılları arasında tanımlanmış ve daha sonra bitkiler, mayalar, mantarlar ve omurgasızlarda meydana gelen yolun aynısı olduğu gösterilmiştir. Çok bol bir lipid değildir, ancak hücrelerin düzgün çalışması için ona ihtiyacı vardır.
Bu fosfolipidin mitokondri ve dolayısıyla hücresel metabolizma için önemi, onunla ilişkili metabolik yolların bozulması Barth sendromu (kardiyo-iskelet miyopati) olarak bilinen bir insan patolojisi ürettiğinde ortaya çıkar.
yapı
Kardiyolipin veya difosfatidilgliserol, bir gliserol molekülü aracılığıyla birbirine bağlanmış iki fosfatidik asit molekülünden (en basit fosfolipid) oluşur.
Diğer fosfolipidlerin biyosentetik yolaklarındaki ortak ara maddelerden biri olan fosfatidik asit, karbon 1 ve 2'nin pozisyonlarında iki yağ asidi zincirinin esterlendiği bir gliserol 3-fosfat molekülünden oluşur. 1,2-diaçilgliserol 3-fosfat olarak da bilinir.
Bu nedenle, kardiyolipin üç gliserol molekülünden oluşur: karbon 1'de bir fosfat grubuna bağlı bir merkezi gliserol, karbon 3'te başka bir fosfat grubu ve karbon 2'de bir hidroksil grubu; ve iki "yan" gliserol.
İki "yan" gliserol molekülü, merkezi moleküle, 3. pozisyondaki karbonları vasıtasıyla "gliserol köprüler" ile bağlanır. 1 ve 2 pozisyonlarındaki karbonlarda, uzunluk ve doygunlukta iki yağ asidi zinciri esterlenir. değişken.
Kardiyolipin, iki değerlikli katyonların varlığına veya yokluğuna bağlı olarak iki katman oluşturabilen veya oluşturmayan bir lipittir. Bu, enerji transdüksiyon işlemlerinden sorumlu olan zarlarda önemli kılan simetrik bir molekül olduğu gerçeğiyle ilgilidir.
Poligliserofosfolipidler grubunun diğer lipidleri gibi, kardiyolipin, yağ asitlerinin bağlanmasına hizmet edebilecek birkaç hidroksil grubuna sahiptir. Bu nedenle, birden fazla konumsal stereoizomere sahiptir.
Yağ asitleriniz
Farklı çalışmalar, kardiyolipinin yan gliserol moleküllerine bağlanan yağ asitlerinin tipik olarak doymamış olduğunu belirlemiştir, ancak doymamışlık derecesi belirlenmemiştir.
Yani bu yağ asitleri 14-22 karbon uzunluğunda ve 0-6 çift bağ olabilir. Bu ve kardiyolipinin birbirine bağlı dört yağ asidi molekülüne sahip olması, bu fosfolipidin birden çok değişkeni ve kombinasyonu olabileceği anlamına gelir.
sentez
Beklenebileceği üzere kardiyolipin biyosentezi, gliserol 3-fosfat ve yağ asitlerinden fosfatidik asit veya 1,2-diasilgliserol 3-fosfatın senteziyle başlar. Bu süreç ökaryotların mitokondrilerinde ve bakterilerin plazma zarında meydana gelir.
Ökaryotlarda sentez
Oluştuktan sonra, fosfatidik asit ATP: CTP'ye benzer yüksek enerjili bir molekülle reaksiyona girer. Daha sonra fosfatidil-CMP olarak da bilinen yüksek enerjili bir ara ürün oluşur. Aktifleştirilmiş fosfatidil grubu, omurga görevi gören merkezi gliserol molekülünün C1 pozisyonundaki hidroksil grubuna aktarılır.
Bu işlem, fosfatidilgliserol verecek şekilde hidrolize edilen fosfatidilgliserofosfat adı verilen bir molekülle sonuçlanır. Bu, kardiyolipin sentaz olarak da bilinen bir fosfatidiltransferaz tarafından katalize edilen bir reaksiyon olan başka bir fosfatidil-CMP molekülünden etkinleştirilen başka bir fosfatidil grubunu alır.
Enzim kardiyolipin sentaz, iç mitokondriyal membranda bulunur ve en azından mayada büyük bir kompleks oluşturuyor gibi görünür. Geni, omurgalıların kalp, karaciğer ve iskelet kası gibi mitokondri bakımından zengin dokularda büyük miktarlarda ifade edilir.
Aktivitesinin düzenlenmesi, büyük ölçüde, mitokondriyal biyogenezi modüle eden aynı transkripsiyon faktörlerine ve endokrin faktörlere bağlıdır.
İç mitokondriyal membranda sentezlendikten sonra, kardiyolipinin dış mitokondriyal membrana doğru yer değiştirmesi gerekir, böylece membranda bir dizi topolojik işlem gerçekleşir ve bunun diğer yapısal elemanları yerleştirilir.
Prokaryotlarda sentez
Bakterilerdeki kardiyolipin içeriği oldukça değişken olabilir ve esas olarak hücrelerin fizyolojik durumuna bağlıdır: genellikle üstel büyüme fazında daha az ve azalması olduğunda daha fazladır (örneğin, durağan fazda).
Biyosentetik yolu, enerji açıkları veya ozmotik stres gibi farklı stresli uyaranlarla tetiklenebilir.
Fosfatidilgliserol oluşumuna kadar, ökaryotlarda ve prokaryotlarda işlem eşdeğerdir, ancak prokaryotlarda fosfatidilgliserol, transesterifikasyon yoluyla, başka bir fosfatidilgliserol molekülünden bir fosfatidil grubu alır. Bu reaksiyon, kardiyolipin sentaz olarak da bilinen bir fosfolipaz D-tipi enzim tarafından katalize edilir.
Bu reaksiyon "transfosfatidilasyon" reaksiyonu olarak bilinir (İngilizce "transfosfatidilasyon" dan), burada fosfatidilgliserollerden biri fosfatidil grubunun bir donörü ve diğerinin bir alıcı olarak hareket eder.
Özellikleri
Kardiyolipin moleküllerinin fiziksel özellikleri, bulundukları zarların yapısal organizasyonunda önemli roller oynayan belirli etkileşimlere izin verir.
Bu işlevler arasında, bazı zar alanlarının ayırt edilmesi, diğerlerinin yanı sıra zar ötesi proteinler veya bunların alt alanları ile etkileşim veya "çapraz geçiş" bulunmaktadır.
Fizikokimyasal özellikleri sayesinde, kardiyolipin, bir çift katman oluşturmayan, ancak işlevi lipit çift katmanlardaki transmembran proteinleri stabilize etmek ve "barındırmak" olabilen bir lipit olarak kabul edilir.
Özellikle elektriksel özellikleri, mitokondride gerçekleşen proton transfer süreçlerinde ona işlev verir.
Hücreler bu fosfolipid olmadan hayatta kalabilseler de, bazı çalışmalar optimal işlevleri için gerekli olduğunu belirlemiştir.
Referanslar
- Harayama, T. ve Riezman, H. (2018). Membran lipid bileşiminin çeşitliliğini anlamak. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membran yapısal biyolojisi: biyokimyasal ve biyofiziksel temellerle. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. ve Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. baskı). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR ve Feigenson, GW (2008). Membran lipidleri: nerede oldukları ve nasıl davrandıkları. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE ve Vance, DE (2008). Lipidlerin, lipoproteinlerin ve zarların biyokimyası. New Comprehensive Biochemistry Cilt 36 (4. baskı). Elsevier.