Fosfatidylethanolaminstruktur, biosyntese og funktioner



den phosphatidylethanolamin (PE) er en glycerophospholipid rigelig i plasmamembraner af prokaryote organismer. Tværtimod er det i eukaryote cellemembraner det næststørste glycerophospholipid på indersiden af ​​plasmamembranen efter phosphatidylcholin.

På trods af overflod af fosfatidylethanolamin afhænger dens overflod ikke kun af celletypen, men også på rummet og den specifikke livscyklus-tid, der overvejes.

Biologiske membraner er barrierer der definerer cellulære organismer. Ikke alene har de beskyttelses- og isolationsfunktioner, men de er også nøglen til etablering af proteiner, som kræver et hydrofobt miljø for optimal funktion.

Både eukaryoter og prokaryoter har membraner, der primært består af glycerophospholipider og i mindre grad sphingolipider og steroler..

Glycerophospholipiderne er amfipatiske molekyler struktureret på et skelet af L-glycerol, som er esterificeret i stillingerne sn-1 og sn-2 ved to fedtsyrer af forskellig længde og grad af mætning. I hydroxyl i position forstærkes sn-3 af en phosphatgruppe, der igen kan forbindes med forskellige typer af molekyler, der giver anledning til de forskellige klasser af glycerophospholipider.

der er en række af glycerophospholipider i den cellulære verden imidlertid den mest rigelige er phosphatidylcholin (PC), phosphatidylethanolamin (PE), phosphatidylserin (PS), phosphatidylinositol (PI), phosphatidinsyre (PA), phosphatidylglycerol (PG) og cardiolipin (CL).

indeks

  • 1 struktur
  • 2 Biosyntese
    • 2.1 Kennedy Route
    • 2,2 PSD-sti
  • 3 funktioner
  • 4 referencer

struktur

Strukturen af ​​phosphatidylethanolamin blev opdaget af Baer et al i 1952. Som det er blevet eksperimentelt bestemt for alle glycerophospholipider, phosphatidylethanolamin omfatter et molekyle forestret glycerol ved sn-1-positionen og sn-2 med syre kæder fedtholdige mellem 16 og 20 carbonatomer.

Fedtsyrerne esterificeret ved hydroxylgruppen sn-1 er generelt mættede (ingen dobbeltbindinger) med længder på 18 carbonatomer, mens kæderne bundet i sn-2-stillingen, er af større længde og med en eller flere umættetheder ( dobbeltbindinger).

Graden af ​​mætning af disse kæder bidrager til membranens elasticitet, som har stor indflydelse på indsættelsen og sekvestrering af proteiner i dobbeltlaget..

Phosphatidylethanolamin betragtes som en ikke-lamellær glycerophospholipid, da den har en konisk geometrisk form. Denne form er angivet ved den lille størrelse af dens polære gruppe eller "hoved" i forhold til kæderne af fedtsyrer, som omfatter de hydrofobe "haler".

Den "hoved" eller polære gruppe af phosphatidylethanolaminen har zwitterionisk karakter, det vil sige at den besidder grupper, som kan være positivt og negativt ladet under visse pH-forhold.

Denne funktion gør det muligt at etablere hydrogenbindinger med en stor mængde aminosyrerester, og deres ladningsfordeling er en afgørende determinant for topologien af ​​domænerne for mange integrerede membranproteiner.

biosyntese

I de eukaryote celler er syntesen af ​​strukturelle lipider geografisk begrænset, idet det er hovedstedet for biosyntese, det endoplasmatiske retikulum (ER) og i mindre grad Golgi-apparatet.

Der er fire uafhængige biosyntetiske veje til fremstilling af phosphatidylethanolamin: (1) CDP-ethanolaminruten, også kendt som Kennedy-ruten; (2) PSD-ruten til dekarboxylering af phosphatidylserin (PS); (3) acyleringen af ​​lyso-PE og (4) basisændringsreaktionerne af den polære gruppe af andre glycerophospholipider.

Kennedy Route

Biosyntesen af ​​phosphatidylethanolamin ved denne rute er begrænset til ER, og det har vist sig, at i hamsterleverceller er det den primære produktionsrute. Den består af tre på hinanden følgende enzymatiske trin katalyseret af tre forskellige enzymer.

I det første trin fremstilles phosphoethanolamin og ADP ved virkningen af ​​ethanolamin kinase, som katalyserer den ATP-afhængige phosphorylering af ethanolamin.

I modsætning til planter er hverken pattedyr eller gær i stand til at producere dette substrat, så det skal indtages i kosten eller opnås ved nedbrydning af eksisterende fosfatidylethanolamin eller sfingosinmolekyler..

Phosphoethanolamin anvendes af CTP: phosphoethanolamincytidyltransferase (ET) til dannelse af CDP: ethanolamin med høj energi og et uorganisk phosphat.

1,2-diacylglycerol ethanolamin phosphotransferase (ETP) anvender energien i CDP-ethanolamin til kovalent binding til et molekyle ethanolamin diacylglycerol indsætte i membranen, hvilket resulterer i phosphatidylethanolamin.

PSD rute

Denne rute virker både i prokaryoter og hos gær og pattedyr. I bakterier forekommer det i plasmamembranen, men i eukaryoter finder den sted i et område af det endoplasmatiske retikulum, der har et tæt forhold til mitokondrielmembranen.

I pattedyr katalyseres ruten af ​​et enkelt enzym, phosphatidylserindecarboxylase (PSD1p), som er indlejret i mitokondriamembranen, hvis gen er kodet af kernen. Reaktionen involverer dekarboxyleringen af ​​PS til phosphatidylethanolamin.

De resterende to ruter (lyso-PE acylering og udveksling calciumafhængig polær gruppe), forekommer i det endoplasmatiske reticulum, men bidrager ikke væsentligt til den samlede produktion af phosphatidylethanolamin i eukaryote celler.

funktioner

Glycerophospholipider har tre hovedfunktioner i cellen, herunder strukturelle funktioner, energilagring og cellesignalering..

Phosphatidylethanolamin er forbundet med forankring, stabilisering og foldning af flere membranproteiner, såvel som de konformationsændringer, der er nødvendige for funktionen af ​​mange enzymer.

Den eksperimentelle beviser tyder en phosphatidylethanolamin som et afgørende glycerophospholipid i den sene fase af telofase, under dannelsen af ​​den kontraktile ring og oprettelse fragmoplasto tillader membran opdeling af de to datterceller.

Det har også en vigtig funktion i alle fusions- og fissionsprocesser (union og separation) af membranerne i både endoplasmatisk retikulum og Golgi-apparatet..

I E. coli er det bevist, at phosphatidylethanolamin er nødvendig for korrekt foldning og funktion af enzymet lactosepermease, så det er blevet foreslået, at det har en rolle som molekylær "chaperone".

Phosphatidylethanolamin er den vigtigste donor af ethanolaminmolekylet, der er nødvendigt for posttranslationel modifikation af mange proteiner, såsom GPI-ankre..

Denne glycerophospholipid er forløberen for talrige molekyler med enzymatisk aktivitet. Derudover kan molekyler afledt af dets metabolisme, såvel som diacylglycerol, fosfatidinsyre og nogle fedtsyrer, fungere som andre budbringere. Derudover er det et vigtigt substrat til fremstilling af phosphatidylcholin.

referencer

  1. Brouwers, J. F. H. M., Vernooij, E. A. A. M., Tielens, A. G. M., & van Golde, L. M. G. (1999). Hurtig adskillelse og identifikation af phosphatidylethanolaminmolekylære arter. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Gendannet fra jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J. M., & Claypool, S. M. (2018). Fosfatidylethanolamin produceret i den indre mitokondrie membran er afgørende for gærcytokrom bc1 kompleks funktion 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S. M. (2016). Fosfatidylethanolamin Metabolisme i Sundhed og Sygdom. International Review of Cell and Molecular Biology (bind 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T. K. (2010). Kennedy pathway-de novo syntese af phosphatidylethanolamin og phosphatidylcholin. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T. & Riezman, H. (2018). Forstå mangfoldigheden af ​​membran lipid sammensætning. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambrudge University Press. Hentet fra cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R. D., & Marsh, D. (1984). Røntgendiffraktionsundersøgelse af polymorfien af ​​hydreret diacyl- og dialkylphosphatidylethanolaminer. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A. M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T. & Cremer, P. S. (2017). Understøttede lipid bilayers med phosphatidylethanolamin som hovedkomponent. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D.R., & Feignenson, G.W. (2008). Membranlipider: hvor de er og hvordan de opfører sig. Nature Anmeldelser, 9, 112-124.
  10. Vance, J. E. (2003). Molecular and Cell Biology of Phosphatidylserine and Phosphatidylethanolamine Metabolism. I K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research og Molecular Biology (s. 69-111). Academic Press.
  11. Vance, J. E. (2008). Phosphatidylserin og phosphatidylethanolamin i pattedyrsceller: to metabolisk beslægtede aminophospholipider. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J. E., & Tasseva, G. (2013). Dannelse og funktion af phosphatidylserin og phosphatidylethanolamin i pattedyrsceller. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S. M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Fosfatidylethanolamin-N-methyltransferaseaktivitet og diætcholin regulerer lever-plasma-lipidflux og essentiel fedtsyremetabolisme hos mus. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.