Fosfatidyletanolamínu (PE) je glycerofosfolipid abundande v plazmatických membránach prokaryot. Naopak, v eukaryotických bunkových membránach je to druhý najhojnejší glycerofosfolipid vo vnútri plazmovej membrány po fosfatidylcholíne.
Napriek množstvu fosfatidyletanolamínu závisí jeho početnosť nielen od typu bunky, ale aj od kompartmentu a od momentu uvažovaného špecifického životného cyklu bunky.
Fosfatidyletanolamínová molekula
Biologické membrány sú bariéry, ktoré definujú bunkové organizmy. Majú nielen ochranné a izolačné funkcie, ale sú tiež kľúčom k vytvoreniu proteínov, ktoré pre svoje optimálne fungovanie vyžadujú hydrofóbne prostredie.
Eukaryoty aj prokaryoty majú membrány zložené hlavne z glycerofosfolipidov a v menšej miere sfingolipidov a sterolov.
Glycerofosfolipidy sú amfipatické molekuly štruktúrované na kostre L-glycerolu, ktorá je esterifikovaná v polohách sn-1 a sn-2 dvoma mastnými kyselinami s rôznou dĺžkou a stupňom nasýtenia. V hydroxylovej polohe sn-3 je esterifikovaná fosfátovou skupinou, na ktorú sa môžu naviazať rôzne typy molekúl, ktoré vedú k rôznym triedam glycerofosfolipidov.
V bunkovom svete existuje veľké množstvo glycerofosfolipidov, najčastejšie sú však fosfatidylcholín (PC), fosfatidyletanolamín (PE), fosfatidylserín (PS), fosfatidylinozitol (PI), kyselina fosfatidová (PA), fosfatidylglycerol (PG) a kardiolipín (CL).
štruktúra
Štruktúra fosfatidyletanolamínu bola objavená Baerom a kol .. V roku 1952, ako bolo experimentálne stanovené pre všetky glycerofosfolipidy, je fosfatidyletanolamín tvorený molekulou glycerolu esterifikovanou kyslým reťazcom v pozíciách sn-1 a sn-2. mastné s 16 až 20 atómami uhlíka.
Mastné kyseliny esterifikované v hydroxyskupine sn-1 sú všeobecne nasýtené (bez dvojitých väzieb) s maximálnymi dĺžkami 18 atómov uhlíka, zatiaľ čo reťazce spojené v polohe sn-2 sú dlhšie a majú jednu alebo viac nenasýtených kyselín ( dvojité väzby).
Stupeň nasýtenia týchto reťazcov prispieva k elasticite membrány, ktorá má veľký vplyv na inzerciu a sekvestráciu proteínov v dvojvrstve.
Fosfatidyletanolamín sa nepovažuje za lamelárny glycerofosfolipid, pretože má kužeľovitý geometrický tvar. Tento tvar je daný malou veľkosťou jeho polárnej skupiny alebo „hlavy“ vo vzťahu k tvaru reťazcov mastných kyselín, ktoré obsahujú hydrofóbne „chvosty“.
„Hlava“ alebo polárna skupina fosfatidyletanolamínu má zwitteriónový charakter, to znamená, že obsahuje skupiny, ktoré môžu byť za určitých podmienok pH pozitívne a negatívne nabité.
Táto vlastnosť mu umožňuje vodíkovú väzbu s veľkým počtom aminokyselinových zvyškov a jej distribúcia náboja je podstatným determinantom topológie domény mnohých integrálnych membránových proteínov.
biosyntéza
V eukaryotických bunkách je syntéza štruktúrnych lipidov geograficky obmedzená, pričom hlavným miestom biosyntézy je endoplazmatické retikulum (ER) a v menšej miere Golgiho aparát.
Na výrobu fosfatidyletanolamínu existujú štyri nezávislé biosyntetické dráhy: (1) dráha CDP-etanolamínu, známa tiež ako Kennedyho dráha; (2) dráha PSD pre dekarboxyláciu fosfatidylserínu (PS); (3) acylácia lyso-PE a (4) reakcie zmeny báz polárnej skupiny iných glycerofosfolipidov.
Kennedy Route
Biosyntéza fosfatidyletanolamínu touto cestou je obmedzená na ER a ukázalo sa, že v pečeňových bunkách škrečka je hlavnou cestou produkcie. Pozostáva z troch po sebe idúcich enzymatických krokov katalyzovaných tromi rôznymi enzýmami.
V prvom kroku sa fosfoetanolamín a ADP vyrábajú pôsobením etanolamínkinázy, ktorá katalyzuje fosforyláciu etanolamínu závislú od ATP.
Na rozdiel od rastlín nie sú cicavce ani kvasinky schopné tento substrát produkovať, takže sa musí konzumovať v potrave alebo získaný degradáciou už existujúcich molekúl fosfatidyletanolamínu alebo sfingozínu.
Fosfoetanolamín sa používa v CTP: fosfoetanolamín cytidyltransferáze (ET) na vytvorenie vysokoenergetickej zlúčeniny CDP: etanolamín a anorganický fosfát.
1,2-Diacylglyceroletanolamínfosfotransferáza (ETP) využíva energiu obsiahnutú v CDP-etanolamínovej väzbe na kovalentné naviazanie etanolamínu na molekulu diacylglycerolu vloženú do membrány, čo vedie k vzniku fosfatidyletanolamínu.
Trasa PSD
Táto cesta funguje ako v prokaryotoch, tak v kvasinkách a cicavcoch. V baktériách sa vyskytuje v plazmatickej membráne, ale v eukaryotoch sa vyskytuje v oblasti endoplazmatického retikula, ktoré je úzko spojené s mitochondriálnou membránou.
U cicavcov je cesta katalyzovaná jediným enzýmom, fosfatidylserín dekarboxylázou (PSD1p), ktorý je zabudovaný do mitochondriálnej membrány, ktorej gén je kódovaný jadrom. Reakcia zahŕňa dekarboxyláciu PS na fosfatidyletanolamín.
Zostávajúce dve dráhy (PE-lyso acylácia a výmena vápnika závislá od polárnych skupín) sa vyskytujú v endoplazmatickom retikule, ale významne neprispievajú k celkovej produkcii fosfatidyletanolamínu v eukaryotických bunkách.
Vlastnosti
Glycerofosfolipidy majú v bunke tri hlavné funkcie, medzi ktorými vynikajú štrukturálne funkcie, ukladanie energie a bunková signalizácia.
Fosfatidyletanolamín je spojený s ukotvením, stabilizáciou a skladaním viacerých membránových proteínov, ako aj s konformačnými zmenami potrebnými pre fungovanie mnohých enzýmov.
Existujú experimentálne dôkazy, ktoré navrhujú fosfatidyletanolamín ako rozhodujúci glycerofosfolipid v neskorom štádiu telopázy, počas vytvárania kontraktilného kruhu a vytvárania fragmoplastu, ktorý umožňuje rozdelenie membrány dvoch dcérskych buniek.
Má tiež dôležitú úlohu vo všetkých procesoch fúzie a štiepenia (spojenia a separácie) membrán endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu.
V E. coli sa ukázalo, že fosfatidyletanolamín je potrebný na správne zloženie a funkciu enzýmu laktóza-permeáza, a preto sa predpokladá, že hrá úlohu ako molekulárny „chaperón“.
Fosfatidyletanolamín je hlavným darcom etanolamínovej molekuly potrebnej na posttranslačnú modifikáciu mnohých proteínov, ako sú GPI kotvy.
Tento glycerofosfolipid je prekurzorom mnohých molekúl s enzymatickou aktivitou. Ďalej, molekuly odvodené z jeho metabolizmu, ako aj diacylglycerol, kyselina fosfatidová a niektoré mastné kyseliny, môžu pôsobiť ako druhé posly. Ďalej je dôležitým substrátom na výrobu fosfatidylcholínu.
Referencie
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM a van Golde, LMG (1999). Rýchla separácia a identifikácia molekúl fosfatidyletanolamínu. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164 - 169. Obnovené z jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Fosfatidyletanolamín produkovaný vo vnútornej mitochondriálnej membráne je nevyhnutný pre funkciu komplexu kvasinkového cytochrómu bcl1. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O. & Claypool, SM (2016). Fosfatidyletanolamínový metabolizmus v zdraví a chorobe. Medzinárodný prehľad bunkovej a molekulárnej biológie (zväzok 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F. a Smith, TK (2010). Kennedyho cesta - nová syntéza fosfatidyletanolamínu a fosfatidylcholínu. IUBMB Life, 62 (6), 414 - 428.
- Harayama, T., a Riezman, H. (2018). Pochopenie rozmanitosti zloženia lipidových membrán. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Štrukturálna biológia membrán: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Cambrudge University Press. Obnovené zo stránky cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, a Marsh, D. (1984). Rôntgenová difrakčná štúdia polymorfizmu hydratovaných diacyl- a dialkylfosfatidyletanolamínov. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T. a Cremer, PS (2017). Podporované lipidové dvojvrstvy s fosfatidyletanolamínom ako hlavnou zložkou. Langmuir, 33 (46), 13423 - 13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, a Feignenson, GW (2008). Membránové lipidy: kde sú a ako sa správajú. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Molekulárna a bunková biológia metabolizmu fosfatidylserínu a fosfatidyletanolamínu. V K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research a Molecular Biology (str. 69-111). Academic Press.
- Vance, JE (2008). Fosfatidylserín a fosfatidyletanolamín v bunkách cicavcov: dva metabolicky príbuzné aminofosfolipidy. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Tvorba a funkcia fosfatidylserínu a fosfatidyletanolamínu v bunkách cicavcov. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X. a Zeisel, SH (2003). Aktivita fosfatidyletanolamín-N-metyltransferázy a cholín v potrave regulujú tok lipidov v plazme v plazme a esenciálny metabolizmus mastných kyselín u myší. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386 - 3391.