СФИНГОМИЕЛИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗЪМ - БИОЛОГИЯ - 2025

На сфингомиелина е най-често срещаната сфинголипиди в животинска тъкан: Известно е, да се появят във всички клетъчни мембрани изследвани до днес. Той има структурни прилики с фосфатидилхолин по отношение на групата на полярната глава, така че също е класифициран като фосфолипид (фосфосфинголипид).

През 1880 г. ученият Йохан Тудихум изолира етерично разтворим липиден компонент от мозъчната тъкан и го нарече сфингомиелин. По-късно, през 1927 г., структурата на този сфинголипид се съобщава като N-ацил-сфингозин-1-фосфохолин.

Структура на сфингомиелина (Източник: Jag123 от Английска Уикипедия, чрез Wikimedia Commons)

Подобно на другите сфинголипиди, сфингомиелинът има както структурна, така и клетъчна сигнална функция и е особено изобилен в нервните тъкани, по-специално в миелина, обвивката, която покрива и изолира аксоните на определени неврони.

Разпределението му е проучено чрез експерименти на субклетъчно фракциониране и ензимно разграждане със сфингомиелинази, а резултатите показват, че повече от половината сфингомиелин в еукариотни клетки се намира в плазмената мембрана. Това обаче зависи от типа на клетката. Във фибробластите например той представлява почти 90% от общите липиди.

Дирегулацията на процесите на синтез и метаболизъм на този липид води до развитие на сложни патологии или липидоза. Пример за това е наследствената болест на Ниман-Пик, характеризираща се с хепатоспленомегалия и прогресираща неврологична дисфункция.

структура

Сфингомиелинът е амфипатна молекула, съставена от полярна глава и две аполарни опашки. Полярната група на главата е фосфохолинова молекула, така че може да изглежда подобно на глицерофосфолипид фосфатидилхолин (PC). Съществуват обаче съществени разлики по отношение на междуфазната и хидрофобната област между тези две молекули.

Най-честата база в молекулата на сфингомиелин от бозайници е серамид, съставен от сфингозин (1,3-дихидрокси-2-амино-4-октадецен), който има транс двойна връзка между въглеродните атоми в позиции 4 и 5 от въглеводородната верига. Наситеното му производно, сфинганин, също е често срещано, но се среща в по-малка степен.

Дължината на хидрофобните опашки на сфингомиелина варира от 16 до 24 въглеродни атома, а съставът на мастните киселини варира в зависимост от тъканта.

Сфингомиелините в бялото вещество на човешкия мозък например притежават нервна киселина, тези в сивото вещество съдържат главно стеаринова киселина, а разпространената форма в тромбоцитите е арахидонат.

Обикновено има несъответствие по дължина между двете вериги на мастните киселини на сфингомиелина, което изглежда благоприятства явленията на "пренаграждане" между въглеводороди в противоположни монослоеве. Това дава на мембраната специална стабилност и специфични свойства в сравнение с други мембрани, които са по-бедни в този сфинголипид.

В междуфазния участък на молекулата сфингомиелинът има амидна група и свободен хидроксил при въглерод 3, които могат да служат като донори на водородна връзка и акцептори за вътре- и междумолекулни връзки, важни за определянето на страничните домейни и взаимодействието. с различни видове молекули.

Характеристика

-Signaling

Продуктите на метаболизма на сфингозин - церамид, сфингозин, сфингозин 1-фосфат и диацилглицерол - са важни клетъчни ефектори и му придават роля в множество клетъчни функции, като апоптоза, развитие и стареене, клетъчна сигнализация и др.

-структура

Благодарение на триизмерната "цилиндрична" структура на сфингомиелина, този липид може да образува по-компактни и подредени мембранни домейни, което има важни функционални последици от протеиновата гледна точка, тъй като може да установи специфични домейни за някои интегрални мембранни протеини.

В липидни "салове" и кавеоли

Липидните рафтове, мембранните фази или подредените микродомейни на сфинголипиди като сфингомиелин, някои глицерофосфолипиди и холестерол представляват стабилни платформи за свързване на мембранните протеини с различни функции (рецептори, преносители и др.).

Кавеолите са инвагинации на плазмената мембрана, които набират протеини с GPI котви и също са богати на сфингомиелин.

Относно холестерола

Холестеролът, поради своята структурна твърдост, значително влияе върху структурата на клетъчните мембрани, особено в аспекти, свързани с течността, поради което се счита за основен елемент.

Тъй като сфингомиелините притежават както донори на водородна връзка, така и акцептори, се смята, че те са в състояние да образуват по-„стабилни“ взаимодействия с молекулите на холестерола. Поради тази причина се казва, че има положителна корелация между нивата на холестерола и сфингомиелина в мембраните.

синтез

Синтезът на сфингомиелин се осъществява в комплекса на Голджи, където серамидът, транспортиран от ендоплазмения ретикулум (ER), се променя чрез прехвърлянето на фосфохолинова молекула от фосфатидилхолин със съпътстващото освобождаване на молекула диацилглицерол. Реакцията се катализира от SM синтаза (серамид: фосфатидилхолин фосфохолинова трансфераза).

Съществува и друг път за производството на сфингомиелин, който може да се осъществи чрез прехвърляне на фосфоетаноламин от фосфатидилетаноламин (РЕ) в серамид с последващо метилиране на фосфоетаноламин. Счита се, че това е особено важно в някои богати на PE нервни тъкани.

Сфингомиелиновата синтаза се намира от луминалната страна на комплексната мембрана на Голджи, което е в съответствие с допълнителното цитоплазмено местоположение на сфингомиелина в повечето клетки.

Поради характеристиките на полярната група сфингомиелин и видимото отсъствие на специфични транслокази, топологичната ориентация на този липид зависи от ензима синтаза.

метаболизъм

Разграждането на сфингомиелина може да се наблюдава както в плазмената мембрана, така и в лизозомите. Лизозомната хидролиза до серамид и фосфохолин зависи от кисела сфингомиелиназа, разтворим лизозомен гликопротеин, чиято активност има оптимално рН около 4,5.

Хидролизата в плазмената мембрана се катализира от сфингомиелиназа, която работи при рН 7,4 и която изисква двувалентни йони на магнезий или манган за своята работа. Други ензими, участващи в метаболизма и рециклирането на сфингомиелин, се намират в различни органели, които се свързват помежду си по везикуларни транспортни пътища.

Препратки

1. Barenholz, Y., и Thompson, TE (1999). Сфингомиелин: биофизични аспекти. Химия и физика на липидите, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Сфинголипидна биохимия. (D. Hanahan, Ed.), Наръчник за изследване на липидите 3 (1-во издание). Пленум Прес.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Вътреклетъчен транспорт и метаболизъм на сфингомиелин. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х., Мартин, К. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Болест на Ниман-Пик тип С: Спектър на HE1 мутации и генотип / фенотип корелации в групата NPC2. Am. J. Hum. Жене., 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Мембранни свойства на сфингомиелините. FEBS Писма, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Сфингомиелин - холестеролни взаимодействия в биологични и моделни мембрани. Химия и физика на липидите, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Биохимия на липиди, липопротеини и мембрани. В Нова изчерпателна биохимия том 36 (4-то издание). Elsevier.