SFINGOLIPIDLER: ÖZELLIKLERI, IŞLEVLERI, GRUPLARI, SENTEZI - BIYOLOJI - 2025

Sfingolipıdler biyolojik membranların lipid üç büyük ailelerinden biridir. Gliserofosfolipidler ve steroller gibi, hidrofilik bir polar bölgeye ve bir hidrofobik apolar bölgeye sahip amfipatik moleküllerdir.

İlk olarak 1884 yılında, bilinen üç farklı sınıfa ait olan üç sfingolipidi (sfingomiyelin, serebrosidler ve serebrosülfatid) tanımlayan Johann LW Thudichum tarafından tanımlandı: fosforofingolipidler, nötr ve asidik glikosfingolipidler.

Alejandro Porto, Wikimedia Commons aracılığıyla

Gliserofosfolipidlerden farklı olarak sfingolipidler, ana omurga olarak bir gliserol 3-fosfat molekülü üzerine inşa edilmezler, ancak bir amid bağıyla bağlanmış uzun bir hidrokarbon zinciri olan bir amino alkol olan sfingozinden türetilen bileşiklerdir.

Karmaşıklık ve çeşitlilik açısından, memelilerdeki sfingolipidler için en az 5 farklı baz türü bilinmektedir. Bu bazlar, polar gruplarda meydana gelebilecek birçok varyasyona ek olarak, değişen uzunluklarda ve doygunluk derecelerinde 20'den fazla farklı tipte yağ asidi ile birleştirilebilir.

Biyolojik zarlar yaklaşık% 20 sfingolipide sahiptir. Bunların hücrelerde yapısaldan sinyal iletimine ve farklı hücresel iletişim süreçlerinin kontrolüne kadar çeşitli ve önemli işlevleri vardır.

Bu moleküllerin dağılımı, bulundukları organelin işlevine bağlı olarak değişir, ancak normal olarak sfingolipidlerin konsantrasyonu, plazma zarının dış tek tabakasında, iç tek tabakaya ve diğer bölmelere göre çok daha yüksektir.

İnsanlarda en az 60 sfingolipid türü vardır. Bunların birçoğu sinir hücrelerinin zarlarının önemli bileşenleridir, diğerleri ise önemli yapısal roller oynar veya diğerleri arasında sinyal iletimi, tanıma, hücre farklılaşması, patogenez, programlanmış hücre ölümüne katılır.

E structura

Sfingolipidlerin genel yapısı. Wikimedia Commons'tan LHcheM

Tüm sfingolipidler, aynı zamanda uzun zincirli baz (LCB) olarak da bilinen sfingoid bazı oluşturmak için uzun zincirli bir yağ asidi ile yoğunlaştırılan bir L-serinden türetilir.

En yaygın bazlar, sfingosin yağ asidinin 4 ve 5 karbonları arasında bir trans çift bağ varlığında birbirinden farklı olan sfinganin ve sfingosindir.

Sfingosinin karbonları 1, 2 ve 3 yapısal olarak gliserofosfolipidlerin gliserol karbonlarına benzerdir. Bir yağ asidi, sfingozinin karbon 2'sine amid bağları yoluyla eklendiğinde, diaçilgliserole çok benzer bir molekül olan ve en basit sfingolipidi temsil eden bir seramid üretilir.

Bu lipitlerin hidrofobik bölgelerini oluşturan uzun zincirli yağ asitleri çok çeşitli olabilir. Uzunluklar, farklı doygunluk derecelerine sahip olabilen 14 ila 22 karbon atomu arasında, genellikle 4 ve 5 karbonları arasında değişir.

4 veya 6 pozisyonlarında hidroksil gruplarına ve diğer pozisyonlarda veya hatta metil grupları gibi dallarda çift bağlara sahip olabilirler.

karakteristikleri

Seramidlere amid bağlarıyla bağlanan yağ asidi zincirleri yaygın olarak doymuştur ve gliserofosfolipidlerde bulunanlardan daha uzun olma eğilimindedir, bu da biyolojik aktiviteleri için çok önemli görünmektedir.

Sfingolipid iskeletinin ayırt edici bir özelliği, lipid molekülleri arasında nadir görülen, nötr pH'ta net bir pozitif yüke sahip olabilmeleridir.

Bununla birlikte, amino grubunun pKa değeri basit bir amine kıyasla düşüktür, 7 ile 8 arasındadır, böylece molekülün bir kısmı fizyolojik pH'ta yüklenmez, bu da bunların "serbest" hareketini açıklayabilir. bilayers.

Sfingolipidlerin geleneksel sınıflandırması, seramid molekülünün, özellikle kutup baş gruplarının ikameleri açısından geçirebileceği çoklu modifikasyonlardan kaynaklanmaktadır.

Özellikleri

Sfingolipidler hayvanlarda, bitkilerde ve mantarlarda olduğu kadar bazı prokaryotik organizmalar ve virüslerde de gereklidir.

Yapısal işlevler

Sfingolipidler, akışkanlık, kalınlık ve eğrilik gibi zarların fiziksel özelliklerini modüle eder. Bu özelliklerin modüle edilmesi aynı zamanda onlara membran proteinlerinin uzamsal organizasyonu üzerinde doğrudan etki sağlar.

Lipid "sallarda"

Biyolojik zarlarda, kolesterol ve sfingolipid moleküllerinden oluşan, lipid sallar denilen daha az akışkanlığa sahip dinamik mikro alanlar tespit edilebilir.

Bu yapılar doğal olarak oluşur ve integral proteinler, hücre yüzeyi reseptörleri ve sinyal proteinleri, taşıyıcılar ve glikosilfosfatidilinositol (GPI) ankorlu diğer proteinlerle yakından ilgilidir.

-Signage fonksiyonları

İkinci haberciler olarak hareket eden sinyal molekülleri veya hücre yüzeyi reseptörleri için salgılanmış ligandlar olarak işlev görürler.

İkincil haberciler olarak, kalsiyum homeostazının düzenlenmesine, hücre büyümesine, tümörijenezine ve apoptozun bastırılmasına katılabilirler. Ayrıca, birçok integral ve periferal membran proteininin aktivitesi, bunların sfingolipidlerle birleşmesine bağlıdır.

Hücreler ve hücrenin çevresi ile arasındaki birçok etkileşim, farklı polar sfingolipid gruplarının plazma zarının dış yüzüne maruz kalmasına bağlıdır.

Glikosfingolipidlerin ve lektinlerin bağlanması, miyelinin aksonlarla birleşmesi, nötrofillerin endotele yapışması vb. İçin çok önemlidir.

Metabolizmanızın yan ürünleri

En önemli sinyal sfingolipidleri, uzun zincirli bazlar veya sfingosinler ve seramidlerin yanı sıra bunların sfingosin 1-fosfat gibi fosforile türevleridir.

Birçok sfingolipidin metabolizma ürünleri, büyüme, farklılaşma ve apoptoz gibi karmaşık hücresel davranışları kontrol eden çoklu aşağı akış hedeflerini (protein kinazlar, fosfoprotein fosfatazlar ve diğerleri) aktive eder veya inhibe eder.

-Zarda reseptör olarak

Bazı patojenler, konakçı hücrelere girişlerine aracılık etmek veya onlara virülans faktörleri vermek için reseptörler olarak glikosfingolipidleri kullanır.

Sfingolipidlerin salgılama, endositoz, kemotaksi, nörotransmisyon, anjiyogenez ve iltihaplanma gibi çoklu hücresel olaylara katıldığı gösterilmiştir.

Ayrıca, zar trafiğine katılırlar, böylece farklı uyaranlara yanıt olarak reseptör içselleştirmesini, salgılama veziküllerinin sırasını, hareketini ve füzyonunu etkilerler.

Sfingolipid grupları

Sfingolipidlerin tümü seramidden türetilen ve birbirinden polar gruplar, yani sfingomiyelinler, glikolipidler ve gangliosidler ile farklılık gösteren üç alt sınıfı vardır.

Sphingomyelinler

Sphingomilein. Siyah: sfingozin. Kırmızı: fosfokolin. Mavi: yağ asidi.

Bunlar, polar bir baş grubu olarak fosfokolin veya fosfoetanolamin içerir, bu nedenle gliserofosfolipitlerle birlikte fosfolipitler olarak sınıflandırılırlar. Elbette üç boyutlu yapı ve genel özelliklerinde fosfatidilkolinlere benziyorlar çünkü kutup başlarında yükleri yok.

Hayvan hücrelerinin plazma zarlarında bulunurlar ve özellikle bazı nöronların aksonlarını çevreleyen ve yalıtan bir kılıf olan miyelinde bol miktarda bulunurlar.

Nötr glikolipidler veya glikosfingolipidler (ücretsiz)

glikolipit Wpcrosson, Wikimedia Commons'tan

Öncelikle plazma membranının dış yüzünde bulunurlar ve doğrudan seramid kısmının karbon 1 hidroksiline bağlı bir polar baş grubu olarak bir veya daha fazla şekere sahiptirler. Fosfat grupları yoktur. PH 7'de yükleri olmadığından, nötr glikolipitler olarak adlandırılırlar.

Serebrositlerin seramide bağlı tek bir şeker molekülü vardır. Galaktoz içerenler, sinir dışı doku hücrelerinin plazma zarlarında bulunur. Globosidler, genellikle D-glikoz, D-galaktoz veya N-asetil-D-galaktozamin olmak üzere iki veya daha fazla şekerli glikosfingolipidlerdir.

Asidik gangliosidler veya glikosfingolipidler

Ganglioside GM1'in yapısı

Bunlar en karmaşık sfingolipidlerdir. Polar baş grubu olarak oligosakaritlere ve sialik asit olarak da adlandırılan bir veya daha fazla terminal N-asetilmuramik asit kalıntısına sahiptirler. Sialik asit, gangliosidlere pH 7'de negatif yük verir, bu da onları nötr glikosfingolipidlerden ayırır.

Bu sfingolipid sınıfının isimlendirilmesi, polar kafanın oligosakarit bölümünde bulunan sialik asit kalıntılarının miktarına bağlıdır.

sentez

Uzun zincirli baz molekülü veya sfingozin, endoplazmik retikulumda (ER) sentezlenir ve bu lipitlerin başına polar grubun eklenmesi Golgi kompleksinde daha sonra gerçekleşir. Memelilerde, mitokondride bir miktar sfingolipid sentezi de meydana gelebilir.

Golgi kompleksinde sentezlerini tamamladıktan sonra sfingolipidler, vezikül aracılı mekanizmalar yoluyla diğer hücresel bölmelere taşınır.

Sfingolipidlerin biyosentezi üç temel olaydan oluşur: uzun zincirli bazların sentezi, seramidlerin bir amid bağı yoluyla bir yağ asidinin birleşmesiyle biyosentezi ve son olarak kompleks sfingolipidlerin oluşumu yoluyla sfingoid bazın karbon 1 üzerindeki polar grupların birleşiminin.

De novo senteze ek olarak sfingolipidler, sfingolipid havuzunu besleyebilen uzun zincirli bazların ve seramidlerin dönüşümü veya geri dönüşümü ile de oluşturulabilir.

Seramid iskeletinin sentezi

Sfingolipidlerin omurgası olan seramidin biyosentezi, bir palmitoil-CoA molekülünün ve bir L-serinin dekarboksilatif yoğunlaşması ile başlar. Reaksiyon, piridoksal fosfata bağlı bir heterodimerik serin palmitoil transferaz (SPT) ile katalize edilir ve ürün, 3-keto dihidrosfingozindir.

Bu enzim, β-halo-L-alaninler ve L-sikloserinler tarafından inhibe edilir. Mayada iki gen tarafından kodlanırken, memelilerde bu enzim için üç gen vardır. Aktif bölge, endoplazmik retikulumun sitoplazmik tarafında bulunur.

Bu ilk enzimin rolü, incelenen tüm organizmalarda korunmuştur. Bununla birlikte, taksonlar arasında enzimin hücre altı konumu ile ilgili bazı farklılıklar vardır: bakterilerinki sitoplazmiktir, mayaların, bitkilerin ve hayvanlarınki endoplazmik retikulumdadır.

3-ketosphinganine daha sonra sfinganin üretmek için NADPH'ye bağımlı 3-ketosphinganine redüktaz tarafından indirgenir. Dihidroseramid sentaz (sfinganin N-asil transferaz) daha sonra dihidroseramid üretmek için sfinganini asetile eder. Seramid daha sonra 4-5 pozisyonunda bir trans çift bağ yerleştiren dihidroseramid desatüraz / redüktaz tarafından oluşturulur.

Memelilerde, her biri belirli bir yağ asitleri zincirini uzun zincirli bazlara bağlayan çok sayıda seramid sentaz izoformu vardır. Bu nedenle, seramid sentazları ve diğer enzimler, uzatmalar, sfingolipidlerdeki yağ asitleri için ana çeşitlilik kaynağı sağlar.

Spesifik sfingolipid oluşumu

Sfingomyelin, bir fosfokolinin fosfatidilkolinden seramide aktarılmasıyla sentezlenir ve diasilgliserol salınır. Reaksiyon, sfingolipid ve gliserofosfolipid sinyal yollarını birbirine bağlar.

Fosfoetanolamin seramid, sfingomiyelin sentezine benzer bir reaksiyonda fosfatidiletanolamin ve seramidden sentezlenir ve oluşturulduktan sonra sfingomiyeline metillenebilir. İnositol fosfat seramidler, fosfatidilinositolden transesterifikasyonla oluşturulur.

Glikosfingolipidler esas olarak Golgi kompleksinde modifiye edilir, burada spesifik glikosiltransferaz enzimleri, seramid iskeletinin hidrofilik bölgesinde oligosakarit zincirlerinin eklenmesine katılır.

Metabolizma

Sfingolipidlerin degradasyonu, polar grupların modifikasyonlarının çıkarılmasından sorumlu olan glukohidrolazlar ve sfingomiyelinaz enzimleri tarafından gerçekleştirilir. Öte yandan seramidazlar, seramidlerden uzun zincirli bazları yeniden oluşturur.

Gangliosidler, şeker birimlerinin adım adım ortadan kaldırılmasını katalize eden ve sonunda bir seramid üreten bir dizi lizozomal enzim tarafından bozulur.

Diğer bir bozunma yolu, plazma membranına geri gönderilen veya spesifik asit hidrolazlar tarafından parçalandıkları lizozomlara taşınan endositik veziküllerdeki sfingolipidlerin içselleştirilmesinden oluşur.

Uzun zincirli bazların tümü geri dönüştürülmez, endoplazmik retikulumun terminal bozunması için bir yolu vardır. Bu bozunma mekanizması, LCB'lerin asilasyonu yerine bir fosforilasyondan oluşur; bu, LCB'ler-fosfatı asiloaldehitler ve fosfoetanolamin oluşturmak üzere parçalayan liyaz enzimleri için çözünür substratlar olabilen sinyal moleküllerine yol açar.

düzenleme

Bu lipidlerin metabolizması çeşitli seviyelerde düzenlenir, bunlardan biri sentezden sorumlu enzimler, bunların translasyon sonrası modifikasyonları ve allosterik mekanizmalarıdır.

Bazı düzenleyici mekanizmalar, üretildikleri hücre gelişme anını kontrol etmek için veya belirli sinyallere yanıt olarak hücreye özgüdür.

Referanslar

1. Bartke, N. ve Hannun, Y. (2009). Biyoaktif Sfingolipidler: Metabolizma ve İşlev. Lipid Araştırma Dergisi, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Endoplazmik Retikulumda ve Ötesinde Sfingolipid Homeostazı. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH ve Hannun, YA (2004). Basit sfingolipidlerin karmaşık yaşamı. EMBO Raporları, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T. ve Campopiano, DJ (2018). İnsanda ve mikroplarda sfingolipid biyosentezi. Doğal Ürün Raporları, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S. ve Futerman, AH (2007). Sfingolipidlerin ve glikosfingolipidlerin metabolizması ve işlevi. Hücresel ve Moleküler Yaşam Bilimleri, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Moleküler Hücre Biyolojisi (5. baskı). Freeman, WH & Company.
7. Luckey, M. (2008). Membran yapısal biyolojisi: biyokimyasal ve biyofiziksel temellerle. Cambridge University Press. Www.cambridge.org/9780521856553 adresinden erişildi.
8. Merrill, AH (2011). Sfingolipidomikler çağında sfingolipid ve glikosfingolipid metabolik yolları. Kimyasal İncelemeler, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Editions (5. baskı).
10. Vance, JE ve Vance, DE (2008). Lipidlerin, lipoproteinlerin ve zarların biyokimyası. New Comprehensive Biochemistry Cilt 36 (4. baskı). Elsevier.