В кардиолипин известен също като дифосфатидилглицерол, е семейство липидни glicerofosfolípidos и групата на poliglicerofosfolípidos. Той се намира в митохондриалната мембрана на еукариотните организми, в плазмената мембрана на много бактерии, а също и в някои археи.
Открит е от Пангборн през 1942 г. от анализа на мембранните липиди на сърдечната тъкан на говедо. Структурата му е предложена през 1956 г., а химическият синтез се осъществява около 10 години по-късно.
Структура на кардиолипин (Източник: Edgar181 през Wikimedia Commons)
Някои автори считат, че неговото присъствие е ограничено до мембрани, произвеждащи АТФ, като например в случай на митохондрии в еукариоти, плазмени мембрани в бактерии и хидрогеноми (органоли, подобни на митохондриите), в някои протестисти.
Фактът, че кардиолипинът се намира в митохондриите и в плазмената мембрана на бактериите, е бил използван за подсилване на основите на ендосимбиотичната теория, която гласи, че митохондриите са възникнали в клетките на предшествениците на еукариоти чрез фагоцитоза на бактерия, която след това стана зависим от клетката и обратно.
Биосинтетичният му път при животни е описан между 1970 и 1972 г., а по-късно е показано, че това е същият път, който се среща в растенията, дрождите, гъбите и безгръбначните животни. Той не е много обилен липид, но клетките изискват той да функционира правилно.
Значението на този фосфолипид за митохондриите и следователно за клетъчния метаболизъм е очевидно, когато неправилното функциониране на свързаните с него метаболитни пътища поражда човешка патология, известна като синдром на Барт (кардио-скелетна миопатия).
структура
Кардиолипинът или дифосфатидилглицеролът се състои от две молекули фосфатидна киселина (най-простият фосфолипид), свързани заедно чрез молекула на глицерол.
Фосфатидиевата киселина, един от често срещаните междинни продукти в биосинтетичните пътища на други фосфолипиди, се състои от молекула на глицерол 3-фосфат, към която две вериги на мастни киселини се естерифицират в позициите на въглерод 1 и 2, така че той е известен също като 1,2-диацилглицерол 3-фосфат.
Следователно, кардиолипинът е съставен от три молекули глицерол: централен глицерол, прикрепен към фосфатна група при въглерод 1, друга фосфатна група при въглерод 3 и хидроксилна група при въглерод 2; и две „странични“ глицероли.
Двете "странични" глицеролови молекули са прикрепени към централната молекула чрез "глицеролови мостове" през въглеродните им позиции в положение 3. При въглеродните атоми в позиции 1 и 2 се естерифицират две вериги на мастни киселини с дължина и насищане. променлива.
Кардиолипинът е липид, който може или не може да образува бислоеве, в зависимост от наличието или отсъствието на двувалентни катиони. Това е свързано с факта, че тя е симетрична молекула, което я прави важна в мембраните, които са отговорни за процесите на трансдукция на енергия.
Подобно на останалите липиди от групата на полиглицерофосфолипидите, кардиолипинът има няколко хидроксилни групи, които могат да служат за свързване на мастни киселини. Следователно, той има множество позиционни стереоизомери.
Вашите мастни киселини
Различни изследвания установяват, че мастните киселини, прикрепени към молекулите на страничния глицерол на кардиолипина, обикновено са ненаситени, но степента на ненаситеност не е определена.
Така че, такива мастни киселини могат да бъдат с дължина 14-22 въглерода и 0-6 двойни връзки. Това и фактът, че кардиолипинът има четири свързани молекули на мастни киселини, предполага, че може да има множество променливи и комбинации от този фосфолипид.
синтез
Биосинтезата на кардиолипина, както може да се очаква, започва със синтеза на фосфатидна киселина или 1,2-диацилглицерол 3-фосфат от глицерол 3-фосфат и мастни киселини. Този процес протича в митохондриите на еукариоти и в плазмената мембрана на бактериите.
Синтез в еукариоти
След като се образува, фосфатидната киселина реагира с високоенергийна молекула, аналогична на ATP: CTP. Тогава се образува междинен продукт, също с висока енергия, известен като фосфатидил-CMP. Активираната фосфатидилова група се прехвърля в хидроксилната група в позиция С1 на централната молекула на глицерола, която служи като гръбнака.
Този процес води до образуване на молекула, наречена фосфатидилглицерофосфат, която се хидролизира до получаване на фосфатидилглицерол. Това получава друга фосфатидилова група, активирана от друга фосфатидил-CMP молекула, реакция, катализирана от фосфатидилтрансфераза, известна също като кардиолипин синтаза.
Ензимната кардиолипинова синтаза се намира във вътрешната митохондриална мембрана и изглежда, че образува голям комплекс, поне в дрождите. Неговият ген се експресира в големи количества в тъкани, богати на митохондрии като сърцето, черния дроб и скелетните мускули на гръбначните животни.
Регулацията на неговата активност зависи до голяма степен от същите транскрипционни фактори и ендокринни фактори, които модулират биогенезата на митохондриите.
Веднъж синтезиран във вътрешната митохондриална мембрана, кардиолипинът трябва да бъде преместен към външната митохондриална мембрана, така че в мембраната да се извършват поредица от топологични процеси и да се настанят други структурни елементи от нея.
Синтез в прокариоти
Съдържанието на кардиолипин в бактериите може да бъде силно променливо и зависи главно от физиологичното състояние на клетките: обикновено е по-малко обилно във фазата на експоненциален растеж и по-обилно, когато има редукция на него (например в стационарна фаза, например).
Неговият биосинтетичен път може да бъде предизвикан от различни стресови стимули като енергиен дефицит или осмотичен стрес.
До образуването на фосфатидилглицерол процесът в еукариоти и прокариоти е еквивалентен, но в прокариотите фосфатидилглицеролът получава чрез трансестерификация фосфатидилова група от друга фосфатидилглицеролова молекула. Тази реакция се катализира от ензим на фосфолипаза D тип, известен още като кардиолипин синтаза.
Тази реакция е известна като "трансфосфатидилация" (от английското "трансфосфатидилиране"), при която една от фосфатидилглицеролите действа като донор на фосфатидилната група, а другата като акцептор.
Характеристика
Физическите характеристики на кардиолипиновите молекули очевидно позволяват определени взаимодействия, които играят важна роля в структурната организация на мембраните, където се намират.
Сред тези функции са дискриминацията на някои мембранни домейни, взаимодействието или „кръстосването“ с трансмембранните протеини или техните поддомейни, наред с други.
Благодарение на своите физикохимични характеристики, кардиолипинът е разпознат като липид, който не образува двуслоен, но чиято функция може да бъде да стабилизира и „настани“ трансмембранните протеини в липидните двуслоения.
По-специално неговите електрически характеристики му придават функции в процесите на пренос на протони, протичащи в митохондриите.
Въпреки че клетките могат да оцелеят без този фосфолипид, някои изследвания установяват, че той е необходим за оптималното им функциониране.
Препратки
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Разбиране на разнообразието на мембранния липиден състав. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Илюстрирана биохимия на Harper (28 изд.). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Мембранни липиди: къде се намират и как се държат. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Биохимия на липиди, липопротеини и мембрани. В Нова изчерпателна биохимия том 36 (4-то издание). Elsevier.