SFINGOMYELÍN: ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, SYNTÉZA A METABOLIZMUS - BIOLÓGIE - 2025

Sfingomyelín je najhojnejšia sfingolipidy v živočíšnej tkanive: je známe, že sa vyskytujú vo všetkých študovaných bunkových membránach k dnešnému dňu. Má štruktúrne podobnosti s fosfatidylcholínom, pokiaľ ide o hlavnú polárnu skupinu, preto je tiež klasifikovaný ako fosfolipid (fosfosfolipid).

V osemdesiatych rokoch 20. storočia vedec Johann Thudichum izoloval z mozgového tkaniva lipidovú zložku rozpustnú v éteri a nazval ju sfingomyelín. Neskôr v roku 1927 bola štruktúra tohto sfingolipidu uvedená ako N-acyl-sfingozín-1-fosfocholín.

Štruktúra sfingomyelínu (Zdroj: Jag123 na anglickej Wikipédii, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Rovnako ako iné sfingolipidy má sfingomyelín štrukturálne aj bunkové signalizačné funkcie a je obzvlášť hojný v nervových tkanivách, konkrétne v myelíne, v obale, ktorý pokrýva a izoluje axóny určitých neurónov.

Jeho distribúcia bola študovaná pomocou experimentov subcelulárnej frakcionácie a enzymatickej degradácie s sfingomyelinázami a výsledky naznačujú, že viac ako polovica sfingomyelínu v eukaryotických bunkách sa nachádza v plazmatickej membráne. Závisí to však od typu bunky. Napríklad vo fibroblastoch predstavuje takmer 90% celkových lipidov.

Dysregulácia procesov syntézy a metabolizmu tohto lipidu vedie k vývoju komplexných patológií alebo lipidózy. Príkladom je dedičná Niemann-Pickova choroba, ktorá sa vyznačuje hepatosplenomegáliou a progresívnou neurologickou dysfunkciou.

štruktúra

Sfingomyelín je amfipatická molekula zložená z polárnej hlavy a dvoch nepolárnych chvostov. Polárnou hlavovou skupinou je molekula fosfocholínu, takže sa môže javiť podobne ako glycerofosfolipid fosfatidylcholín (PC). Medzi týmito dvoma molekulami sú však podstatné rozdiely, pokiaľ ide o medzifázovú a hydrofóbnu oblasť.

Najbežnejšou bázou v molekule sfingomyelínu u cicavcov je ceramid, ktorý sa skladá z sfingozínu (1,3-dihydroxy-2-amino-4-oktadecénu), ktorý má medzi atómami uhlíka v polohách 4 a trans dvojitú väzbu. 5 uhľovodíkového reťazca. Jeho nasýtený derivát, sfinganín, je tiež bežný, ale vyskytuje sa v menšej miere.

Dĺžka hydrofóbnych chvostov sfingomyelínu je v rozsahu 16 až 24 atómov uhlíka a zloženie mastných kyselín sa líši v závislosti od tkaniva.

Napríklad sfingomyelíny v bielej hmote ľudského mozgu obsahujú kyselinu nervovú, tie v sivej hmote obsahujú hlavne kyselinu stearovú a prevládajúcou formou v krvných doštičkách je arachidonát.

Všeobecne existuje rozdiel v dĺžke medzi dvoma reťazcami mastných kyselín sfingomyelínu, ktorý zrejme uprednostňuje fenomény interdigitácie medzi uhľovodíkmi v opačných monovrstvách. To dáva membráne špeciálnu stabilitu a zvláštne vlastnosti v porovnaní s inými membránami, ktoré sú v tomto sfingolipide horšie.

V oblasti rozhrania molekuly má sfingomyelín amidovú skupinu a voľnú hydroxylovú skupinu na uhlíku 3, ktoré môžu slúžiť ako donory a akceptory vodíkových väzieb pre intra- a intermolekulárne väzby, ktoré sú dôležité pri definovaní bočných domén a interakcií. s rôznymi typmi molekúl.

Vlastnosti

-Signaling

Produkty metabolizmu sfingozínu - ceramidu, sfingozínu, sfingozín-1-fosfátu a diacylglycerolu - sú dôležitými bunkovými efektormi a poskytujú mu rolu v mnohých bunkových funkciách, ako je napríklad apoptóza, vývoj a starnutie, bunková signalizácia.

-Structure

Vďaka trojrozmernej "valcovitej" štruktúre sfingomyelínu môže tento lipid tvoriť kompaktnejšie a usporiadané membránové domény, čo má dôležité funkčné implikácie z hľadiska proteínu, pretože môže vytvoriť špecifické domény pre niektoré integrálne membránové proteíny.

V lipidových „pltiach“ a jaskyniach

Lipidové rafty, membránové fázy alebo usporiadané mikro domény sfingolipidov, ako je sfingomyelín, niektoré glycerofosfolipidy a cholesterol, predstavujú stabilné platformy na asociáciu membránových proteínov s rôznymi funkciami (receptory, transportéry atď.).

Jaskyne sú invázie plazmatickej membrány, ktoré získavajú proteíny pomocou GPI kotiev a sú tiež bohaté na sfingomyelín.

Pokiaľ ide o cholesterol

Cholesterol vďaka svojej štrukturálnej rigidite významne ovplyvňuje štruktúru bunkových membrán, najmä v aspektoch týkajúcich sa tekutosti, a preto sa považuje za podstatný prvok.

Pretože sfingomyelíny vlastnia donory aj akceptory vodíkových väzieb, predpokladá sa, že sú schopné vytvárať „stabilnejšie“ interakcie s molekulami cholesterolu. Z tohto dôvodu sa hovorí, že existuje pozitívna korelácia medzi hladinami cholesterolu a sfingomyelínu v membránach.

syntéza

Syntéza sfingomyelínu sa vyskytuje v Golgiho komplexe, kde sa ceramid transportovaný z endoplazmatického retikula (ER) modifikuje prenosom molekuly fosfocholínu z fosfatidylcholínu so súčasným uvoľňovaním molekuly diacylglycerolu. Reakcia je katalyzovaná SM syntázou (ceramid: fosfatidylcholín fosfocholín transferáza).

Existuje aj ďalšia cesta produkcie sfingomyelínu, ktorá môže nastať prenosom fosfoetanolamínu z fosfatidyletanolamínu (PE) na ceramid, s následnou metyláciou fosfoetanolamínu. Toto je považované za zvlášť dôležité v niektorých nervových tkanivách bohatých na PE.

Sfingomyelínsyntáza sa nachádza na luminálnej strane Golgiho komplexnej membrány, čo je v súlade s extracytoplazmatickým umiestnením sfingomyelínu vo väčšine buniek.

V dôsledku charakteristík polárnej skupiny sfingomyelínu a zjavnej neprítomnosti špecifických transkribáz závisí topologická orientácia tohto lipidu od enzýmovej syntázy.

metabolizmus

K degradácii sfingomyelínu môže dôjsť v plazmatickej membráne aj v lyzozómoch. Lyzozomálna hydrolýza na ceramid a fosfocholín je závislá od kyslej sfingomyelinázy, rozpustného lyzozomálneho glykoproteínu, ktorého aktivita má optimálne pH okolo 4,5.

Hydrolýza v plazmatickej membráne je katalyzovaná sfingomyelinázou, ktorá pracuje pri pH 7,4 a ktorá na svoju činnosť vyžaduje dvojmocné ióny horčíka alebo mangánu. Ďalšie enzýmy podieľajúce sa na metabolizme a recyklácii sfingomyelínu sa nachádzajú v rôznych organelách, ktoré sa navzájom spájajú prostredníctvom vezikulárnych transportných ciest.

Referencie

1. Barenholz, Y. a Thompson, TE (1999). Sfingomyelín: biofyzikálne aspekty. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 29–34.
2. Kanfer, J. a Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochémia. (D. Hanahan, ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydanie). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracelulárny transport a metabolizmus sfingomyelínu. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Celí Biology (5. vydanie). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Niemann-Pickova choroba typu C: spektrum mutácií HE1 a korelácie genotypov / fenotypov v skupine NPC2. Am. J. Hum. Genet. 69, 1013 - 1021.
6. Ramstedt, B. a Slotte, P. (2002). Membránové vlastnosti sfingomyelínov. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Interakcie sfingomyelín - cholesterol v biologických a modelových membránach. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 13–27.
8. Vance, JE a Vance, DE (2008). Biochémia lipidov, lipoproteínov a membrán. In New Comprehensive Biochemistry, zväzok 36 (4. vydanie). Elsevier.