ลักษณะหน้าที่ของ Sphingolipids หน้าที่กลุ่มการสังเคราะห์และเมแทบอลิซึม

สฟิงโกลิพิด พวกมันเป็นตัวแทนหนึ่งในสามของตระกูลไขมันที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มชีวภาพ glycerophospholipids และ sterols เป็นโมเลกุล amphipathic ที่มีขั้วขั้ว hydrophilic และ apolar hydrophobic.

พวกเขาถูกอธิบายเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1884 โดยโยฮันน์แอลดับบลิว Thudichum ผู้บรรยายสาม sphingolipids (sphingomyelin, cerebrosides และ cerebrosulfatide) ที่อยู่ในสามประเภทต่าง ๆ ที่รู้จัก: phosphoesphingolipids, glycosphingolipids เป็นกลางและ acidic.

ซึ่งต่างจาก glycerophospholipids, sphingolipids ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นบนโมเลกุลของกลีเซอรอล 3-phosphate เป็นโครงกระดูกหลัก, แต่เป็นสารประกอบที่ได้จาก sphingosine, อะมิโนแอลกอฮอล์ที่มีห่วงโซ่ไฮโดรคาร์บอนยาวเชื่อมโยงกันด้วยพันธะอะไมด์.

ในแง่ของความซับซ้อนและความหลากหลายมีฐานอย่างน้อย 5 ชนิดที่แตกต่างกันสำหรับ sphingolipids ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ฐานเหล่านี้สามารถรวมกับกรดไขมันต่าง ๆ ได้มากกว่า 20 ชนิดพร้อมกับความยาวผันแปรและองศาความอิ่มตัวนอกเหนือจากการแปรผันหลายครั้งในกลุ่มขั้วที่สามารถกำหนดได้.

เยื่อชีวภาพมี sphingolipids ประมาณ 20% สิ่งเหล่านี้มีฟังก์ชั่นที่หลากหลายและสำคัญในเซลล์จากโครงสร้างการส่งสัญญาณและการควบคุมกระบวนการสื่อสารโทรศัพท์มือถือที่แตกต่างกัน.

การกระจายตัวของโมเลกุลเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการทำงานของออร์แกเนลล์ที่พวกมันอยู่ แต่โดยทั่วไปแล้วความเข้มข้นของ sphingolipids จะสูงกว่ามากใน monolayer ด้านนอกของพลาสมาเมมเบรนเมื่อเทียบกับ monolayer ภายในและช่องอื่น ๆ.

ในมนุษย์มี sphingolipids อย่างน้อย 60 ชนิด หลายคนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทในขณะที่คนอื่นมีบทบาทโครงสร้างที่สำคัญหรือมีส่วนร่วมในการส่งสัญญาณการรับรู้แตกต่างของเซลล์การเกิดโรคการตายของเซลล์โปรแกรมในหมู่คนอื่น ๆ.

ดัชนี

• 1 โครงสร้าง
• 2 ลักษณะ
• 3 ฟังก์ชั่น
  • 3.1 ฟังก์ชั่นโครงสร้าง
  • 3.2 - ฟังก์ชั่นการส่งสัญญาณ
  • 3.3 - เป็นตัวรับในเมมเบรน
• 4 กลุ่มของ sphingolipids
  • 4.1 Sphingomyelins
  • 4.2 Neutral glycolipids หรือ glycosphingolipids (ไม่มีภาระ)
  • 4.3 Gangliosides หรือ glycosphingolipids ที่เป็นกรด
• 5 การสังเคราะห์
  • 5.1 การสังเคราะห์โครงกระดูกเซราไมด์
  • 5.2 การก่อตัวของ sphingolipids เฉพาะ
• 6 การเผาผลาญ
  • 6.1 ข้อบังคับ
• 7 อ้างอิง

Eโครงสร้าง

sphingolipids ทั้งหมดมาจาก L-serine ซึ่งควบแน่นกับกรดไขมันสายโซ่ยาวเพื่อสร้างฐาน sphingoid หรือที่เรียกว่า long-chain base (LCB).

ฐานที่พบมากที่สุดคือ sphinganine และ sphingosine ซึ่งแตกต่างจากกันเฉพาะเมื่อมีพันธะคู่แบบทรานส์ระหว่าง carbons 4 และ 5 ของกรดไขมันของ sphingosine.

คาร์โบไฮเดรต 1, 2 และ 3 ของ sphingosine มีโครงสร้างคล้ายกับกลีเซอรอลคาร์บอนของ glycerophospholipids เมื่อกรดไขมันติดอยู่กับคาร์บอน 2 ของ sphingosine โดยพันธะเอไมด์จะมีการผลิตเซราไมด์ซึ่งเป็นโมเลกุลที่คล้ายกันมากกับไดอาซิลกลีเซอรอล.

กรดไขมันที่มีสายโซ่ยาวประกอบกันเป็นบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของไขมันเหล่านี้มีความหลากหลายมาก ความยาวแตกต่างกันไปจากอะตอมคาร์บอน 14 ถึง 22 ที่อาจมีองศาอิ่มตัวที่แตกต่างกันโดยปกติจะอยู่ระหว่างคาร์บอน 4 และ 5.

ในตำแหน่งที่ 4 หรือ 6 พวกเขาสามารถมีกลุ่มไฮดรอกซิลและพันธะคู่ในตำแหน่งอื่น ๆ หรือแม้กระทั่งสาขาเป็นกลุ่มเมธิล.

คุณสมบัติ

โซ่ของกรดไขมันที่เชื่อมโยงกับพันธะอะไมด์กับเซราไมด์นั้นมักอิ่มตัวและมีแนวโน้มที่จะยาวกว่าที่พบในกลีเซอรอฟฟอสโฟไลปิดซึ่งดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อกิจกรรมทางชีวภาพของสิ่งเหล่านี้.

คุณสมบัติที่โดดเด่นของโครงกระดูก sphingolipid ก็คือมันสามารถมีประจุสุทธิที่เป็นบวกที่ pH เป็นกลางซึ่งหาได้ยากในโมเลกุลของไขมัน.

อย่างไรก็ตาม pKa ของกลุ่มอะมิโนอยู่ในระดับต่ำเมื่อเทียบกับเอมีนอย่างง่ายระหว่าง 7 และ 8 ดังนั้นโมเลกุลส่วนหนึ่งจะไม่ถูกโหลดที่ค่า pH ทางสรีรวิทยาซึ่งสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ของ "อิสระ" ระหว่างไบเออร์.

การจัดประเภทแบบดั้งเดิมของ sphingolipids เกิดขึ้นจากการปรับเปลี่ยนหลายครั้งที่โมเลกุล ceramide สามารถได้รับโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการทดแทนของกลุ่มหัวขั้วโลก.

ฟังก์ชั่น

Sphingolipids เป็นสิ่งจำเป็นในสัตว์พืชและเชื้อราเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตและไวรัสบางชนิด.

-ฟังก์ชั่นโครงสร้าง

Sphingolipids ปรับคุณสมบัติทางกายภาพของเยื่อรวมถึงความลื่นความหนาและความโค้ง การปรับคุณสมบัติเหล่านี้ยังช่วยให้พวกเขามีอิทธิพลโดยตรงต่อการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโปรตีนเมมเบรน.

ในไขมัน "แพ"

ในเยื่อหุ้มชีวภาพสามารถตรวจพบโดเมนแบบไดนามิกที่มีการไหลน้อยกว่าที่เกิดขึ้นจากโมเลกุลของคอเลสเตอรอลและ sphingolipids ที่เรียกว่าแพลิปิดไขมัน.

โครงสร้างเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติและมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโปรตีนหนึ่งตัวรับผิวเซลล์และโปรตีนส่งสัญญาณการขนส่งและโปรตีนอื่น ๆ ที่มีจุดยึด glycosylphosphatidylinositol (GPI).

-ฟังก์ชั่นการส่งสัญญาณ

พวกมันมีหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณที่ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารที่สองหรือเป็นแกนด์ที่ถูกหลั่งออกมาสำหรับตัวรับผิวเซลล์.

ในฐานะที่เป็นผู้ส่งสารรองสามารถมีส่วนร่วมในการควบคุมของแคลเซียมสภาวะสมดุลการเจริญเติบโตของเซลล์การเกิดเนื้องอกและการปราบปรามของการตายของเซลล์ นอกจากนี้การทำงานของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนปลายและส่วนประกอบส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของพวกเขากับ sphingolipids.

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์และเซลล์จำนวนมากกับสภาพแวดล้อมของพวกเขาขึ้นอยู่กับการเปิดรับของกลุ่มขั้วโลกที่แตกต่างกันของ sphingolipids ที่ใบหน้าด้านนอกของเยื่อหุ้มพลาสมา.

glycosphingolipids และเลคตินมีความสำคัญต่อการเชื่อมโยงไมอีลินกับแอกซอนการยึดเกาะของนิวโทรฟิลกับเอ็นโททีเลียม ฯลฯ.

ผลพลอยได้จากการเผาผลาญของคุณ

sphingolipids สัญญาณที่สำคัญที่สุดคือฐานสายยาวหรือ sphingosines และ ceramides เช่นเดียวกับอนุพันธ์ phosphorylated เช่น sphingosine 1-phosphate.

ผลิตภัณฑ์เมแทบอลิซึมของ sphingolipids เปิดใช้งานหรือยับยั้งเป้าหมายดาวน์สตรีมหลายอย่าง (โปรตีนไคเนส, ฟอสโฟโปรตีน, ฟอสฟาเตส, และอื่น ๆ ) ซึ่งควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ที่ซับซ้อนเช่นการเจริญเติบโตการเปลี่ยนแปลงและการตาย.

-ในฐานะที่เป็นตัวรับในเยื่อหุ้มเซลล์

เชื้อโรคบางชนิดใช้ glycosphingolipids เป็นตัวรับเพื่อเป็นสื่อกลางในการเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้านหรือเพื่อส่งปัจจัยความรุนแรงให้กับพวกเขา.

มันแสดงให้เห็นว่า sphingolipids มีส่วนร่วมในเหตุการณ์ที่เกี่ยวกับมือถือหลายอย่างเช่นการหลั่ง, endocytosis, chemotaxis, neurotransmission, การสร้างเส้นเลือดใหม่และการอักเสบ.

พวกเขายังมีส่วนร่วมในการค้าเยื่อซึ่งเป็นเหตุผลที่พวกเขามีอิทธิพลต่อการรับภายในของการสั่งซื้อการเคลื่อนไหวและการหลอมรวมของถุงหลั่งในการตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่แตกต่างกัน.

กลุ่ม Sphingolipid

มีสาม subclasses ของ sphingolipids ทั้งหมดมาจาก ceramide และซึ่งแตกต่างจากกันและกันโดยกลุ่มขั้วโลกคือ: sphingomyelins, glycolipids และ gangliosides.

sphingomyelin

เหล่านี้มีฟอสโฟลีนหรือฟอสโฟเอทานอลเอมีนเป็นกลุ่มหัวขั้วโลกดังนั้นจึงจัดเป็นฟอสโฟลิพิดร่วมกับ แน่นอนว่าพวกมันมีลักษณะคล้าย phosphatidylcholines ในโครงสร้างสามมิติและคุณสมบัติทั่วไปเนื่องจากไม่มีประจุบนหัวขั้วโลก.

พวกมันมีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์พลาสมาของสัตว์และมีมากโดยเฉพาะในไมอีลินฝักที่ล้อมและแยกแอกซอนของเซลล์ประสาทบางชนิด.

Glucolipids หรือ glycosphingolipids ที่เป็นกลาง (ไม่มีโหลด)

พวกเขาพบว่าส่วนใหญ่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนพลาสมาและมีน้ำตาลอย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็นกลุ่มหัวโพลาร์ที่ติดกับไฮดรอกซิลของคาร์บอน 1 ในส่วน Ceramide โดยตรง พวกมันไม่มีกลุ่มฟอสเฟต ตั้งแต่ที่ pH 7 พวกเขาไม่มีค่าใช้จ่ายจึงถูกเรียกว่า glycolipids ที่เป็นกลาง.

ซีรีบไซด์นั้นมีน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวติดอยู่กับเซราไมด์ ผู้ที่มีกาแลคโตสจะพบในเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์เนื้อเยื่อที่ไม่ประสาท Globosides เป็น glycosphingolipids ที่มีน้ำตาลตั้งแต่สองน้ำตาลขึ้นไปโดยปกติคือ D-glucose, D-galactose หรือ N-acetyl-D-galactosamine.

Gangliosides หรือ glycosphingolipids ที่เป็นกรด

นี่คือ sphingolipids ที่ซับซ้อนที่สุด พวกเขามี oligosaccharides เป็นกลุ่มหัวขั้วโลกและหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งขั้ว N-acetylmuramic กรดตกค้างเรียกว่ากรดเซียลิก Sialic acid ให้ gangliosides ที่มีประจุลบที่ pH 7 ซึ่งแตกต่างจาก glycosphingolipids ที่เป็นกลาง.

ศัพท์เฉพาะของ sphingolipids ระดับนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของกรดเซียลิกที่ตกค้างในส่วน oligosaccharide ของหัวขั้วโลก.

การสังเคราะห์

โมเลกุลฐานยาวโซ่หรือ sphingosine ถูกสังเคราะห์ใน endoplasmic reticulum (ER) และการเพิ่มของกลุ่มขั้วโลกที่หัวของไขมันเหล่านี้เกิดขึ้นในภายหลังใน Golgi คอมเพล็กซ์ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการสังเคราะห์ sphingolipids บางอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ในไมโตคอนเดรีย.

หลังจากเสร็จสิ้นการสังเคราะห์ของพวกเขาใน Golgi คอมเพล็กซ์ sphingolipids จะถูกส่งไปยังช่องอื่น ๆ ของเซลล์ผ่านกลไกที่สื่อโดยถุง.

การสังเคราะห์ของ sphingolipids ประกอบด้วยสามเหตุการณ์พื้นฐาน: การสังเคราะห์ของฐานยาว, การสังเคราะห์ของ ceramides โดยการจับของกรดไขมันผ่านพันธะเอไมด์และในที่สุดการก่อตัวของ sphingolipids ที่ซับซ้อนโดยวิธีการ ของการรวมกลุ่มของขั้วในคาร์บอน 1 ของฐาน sphingoid.

นอกเหนือจากการสังเคราะห์เดอโนโวแล้ว sphingolipids ยังสามารถเกิดขึ้นได้โดยการเปลี่ยนหรือรีไซเคิลฐานยาวและเซราไมด์ซึ่งสามารถเลี้ยงพูล sphingolipid.

การสังเคราะห์โครงกระดูกเซราไมด์

การสังเคราะห์ทางชีวภาพของ ceramide, sphingolipid โครงกระดูก, เริ่มต้นด้วยการควบแน่น decarboxylative ของโมเลกุลของ palmitoyl-CoA และ L-serine. ปฏิกิริยาถูกเร่งโดย heterodimeric serine palmitoyl transferase (SPT), ขึ้นอยู่กับ pyridoxal ฟอสเฟตและผลิตภัณฑ์คือ 3-keto dihydrosphingosine.

เอนไซม์นี้ถูกยับยั้งโดยβ-halo-L-alanines และ L-cycloserines ในยีสต์จะถูกเข้ารหัสโดยยีนสองตัวในขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเอนไซม์สามตัวสำหรับเอนไซม์นี้ ไซต์ที่ใช้งานอยู่ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเอนโดพลาสซึม reticulum.

บทบาทของเอนไซม์แรกนี้ถูกสงวนไว้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่ศึกษา อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างบางประการระหว่างแท็กซ่าที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของเซลล์ subcellular: ของแบคทีเรียคือไซโตพลาสซึม, ยีสต์, พืชและสัตว์ที่อยู่ในเอนโดพลาสซึมเรติเคิล.

3-ketoesphinganine จะลดลงในภายหลังโดย NADPH-dependent 3-ketoesphinganine reductase เพื่อสร้าง sphinganine Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) จากนั้น acetylates sphinganine เพื่อผลิต dihydroceramide ceramide จะเกิดขึ้นจาก dihydroceramide desaturase / reductase ซึ่งจะแทรกพันธะคู่ทรานส์ที่ตำแหน่ง 4-5.

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีหลายไอโซฟอร์มของ ceramide synthases แต่ละสายโซ่ที่เฉพาะเจาะจงของกรดไขมันกับฐานโซ่ยาว ดังนั้นไซลาไมด์สังเคราะห์และเอนไซม์อื่น ๆ elongase จึงเป็นแหล่งสำคัญของความหลากหลายของกรดไขมันใน sphingolipids.

การก่อตัวของ sphingolipids ที่เฉพาะเจาะจง

Sphingomyelin ถูกสังเคราะห์โดยการโอนฟอสโฟจีนจากฟอสฟาทิดิลโคลีนไปเป็นเซราไมด์ปล่อยไดอาซิลกลีเซอรีน ปฏิกิริยานี้จะเชื่อมต่อเส้นทางการส่งสัญญาณของ sphingolipids และ glycerophospholipids.

Ceramide phosphoethanolamine ถูกสังเคราะห์จาก phosphatidylethanolamine และ ceramide ในปฏิกิริยาคล้ายกับการสังเคราะห์ sphingomyelin และเมื่อเกิดขึ้นแล้วสามารถ methylated เพื่อ sphingomyelin Inositol phosphate ceramides เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนสภาพจาก phosphatidylinositol.

glycosphingolipids ส่วนใหญ่จะถูกปรับเปลี่ยนใน Golgi ซับซ้อนที่เอนไซม์ glycosyltransferase ที่เฉพาะเจาะจงมีส่วนร่วมในการเพิ่มของโซ่ oligosaccharide ในภูมิภาคที่ชอบน้ำของโครงกระดูก ceramide.

การเผาผลาญอาหาร

การย่อยสลาย Sphingolipid ดำเนินการโดยเอนไซม์ glucohydrolases และ sphingomyelinases ซึ่งมีหน้าที่ในการกำจัดการดัดแปลงของกลุ่มขั้ว ในทางกลับกัน Ceramidases จะสร้างฐานยาวจาก Ceramides.

gangliosides จะสลายตัวโดยชุดของเอนไซม์ lysosomal ที่กระตุ้นการกำจัดทีละขั้นตอนของหน่วยน้ำตาลในที่สุดผลิต ceramide.

เส้นทางการย่อยสลายอื่นประกอบด้วยการทำให้เป็นเขตของ sphingolipids ในถุงเอนโดติกติกที่ถูกส่งกลับไปที่เยื่อหุ้มเซลล์พลาสมาหรือถูกส่งไปยัง lysosomes ที่ถูกย่อยสลายด้วยกรดไฮโดรเลสเฉพาะ.

ฐานโซ่ยาวไม่ได้ถูกรีไซเคิลทั้งหมด reticulum endoplasmic มีเส้นทางสำหรับการเสื่อมสภาพของขั้วเหล่านี้ กลไกการย่อยสลายนี้ประกอบด้วย phosphorylation แทนที่จะเป็น acylation ของ LCB ทำให้เกิดสัญญาณโมเลกุลที่สามารถละลายได้ในสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ lyase ที่ตัด LCBs-phosphate เพื่อสร้าง acyl aldehydes และ phosphoethanolamine.

การควบคุม

เมแทบอลิซึมของไขมันเหล่านี้ถูกควบคุมในหลายระดับหนึ่งในนั้นคือเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์การดัดแปลงหลังการแปลและกลไก allosteric ของเหล่านี้.

กลไกการควบคุมบางอย่างเป็นแบบเฉพาะเซลลูล่าร์เพื่อควบคุมช่วงเวลาของการพัฒนาเซลลูลาร์ที่ผลิตขึ้นหรือตอบสนองต่อสัญญาณเฉพาะ.

การอ้างอิง

1. Bartke, N. , & Hannun, Y. (2009) สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ: การเผาผลาญและการทำงาน วารสารวิจัยไขมัน, 50, 19.
2. Breslow, D. K. (2013) Homeostasis Sphingolipid ใน Reticulum และ Endoplasmic มุมมองท่าเรือฤดูใบไม้ผลิเย็นในชีววิทยา, 5 (4), a013326.
3. Futerman, A. H. , & Hannun, Y. A. (2004) ชีวิตที่ซับซ้อนของ sphingolipids ง่าย ๆ รายงาน EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, P.J. , Dunn, T. , & Campopiano, D.J. (2018) การสังเคราะห์ทางชีววิทยาของ Sphingolipid ในมนุษย์และจุลินทรีย์ รายงานผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ, 35 (9), 921-954.
5. Lahiri, S. , & Futerman, A. H. (2007) เมแทบอลิซึมและการทำงานของ sphingolipids และ glycosphingolipids วิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตระดับเซลล์และโมเลกุล, 64 (17), 2270-2284.
6. Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, C.A. , Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , Martin, K. (2003) อณูชีววิทยาของเซลล์ (ลำดับที่ 5) ฟรีแมน W. W. & บริษัท.
7. ลัคกี้, M. (2008) ชีววิทยาโครงสร้างของเมมเบรน: ด้วยพื้นฐานทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สืบค้นจาก www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, A. H. (2011) Sphingolipid และ glycosphingolipid วิถีทางเมแทบอลิซึมในยุคของ sphingolipidomics รีวิวเคมี, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, D. L. , & Cox, M. M. (2009) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Omega Editions (5th ed.).
10. Vance, J. E. , & Vance, D. E. (2008) ชีวเคมีของไขมันไลโปโปรตีนและเมมเบรน ในชีวเคมีแบบครอบคลุมฉบับใหม่ 36 (ฉบับที่ 4) เอลส์.