В фосфатидилетаноламин (РЕ) е глицерофосфолипид abundande в плазмените мембрани на прокариоти. Напротив, в еукариотните клетъчни мембрани това е вторият най-разпространен глицерофосфолипид от вътрешната страна на плазмената мембрана след фосфатидилхолин.
Въпреки изобилието на фосфатидилетаноламин, неговото изобилие зависи не само от типа на клетката, но и от отделението и момента на разглеждания жизнен цикъл на клетката.
Молекула на фосфатидилетаноламин
Биологичните мембрани са бариери, които определят клетъчните организми. Те не само имат функции за защита и изолация, но също така са ключови за създаването на протеини, които се нуждаят от хидрофобна среда за оптималното си функциониране.
И еукариотите и прокариотите имат мембрани, съставени главно от глицерофосфолипиди и в по-малка степен сфинголипиди и стероли.
Глицерофосфолипидите са амфипатични молекули, структурирани върху гръбнак на L-глицерол, който се естерифицира в позициите sn-1 и sn-2 от две мастни киселини с различна дължина и степен на насищане. В хидроксила на позиция sn-3 тя се естерифицира от фосфатна група, към която от своя страна могат да бъдат прикрепени различни видове молекули, които пораждат различните класове глицерофосфолипиди.
В клетъчния свят има голямо разнообразие от глицерофосфолипиди, но най-разпространени са фосфатидилхолин (PC), фосфатидилетаноламин (PE), фосфатидилсерин (PS), фосфатидилинозитол (PI), фосфатидинова киселина (ПГ), фосфатироли (фосфатидил) кардиолипин (CL).
структура
Структурата на фосфатидилетаноламин е открита от Baer et al. През 1952 г. Както е определено експериментално за всички глицерофосфолипиди, фосфатидилетаноламинът се състои от молекула на глицерол, естерифицирана в позиции sn-1 и sn-2 с кисели вериги мазнини с между 16 и 20 въглеродни атома.
Мастните киселини, естерифицирани в sn-1 хидроксил, обикновено са наситени (без двойни връзки) с максимална дължина от 18 въглеродни атома, докато веригите, свързани в sn-2 позиция, са по-дълги и с една или повече ненаситености (двойни връзки).
Степента на насищане на тези вериги допринася за еластичността на мембраната, което оказва голямо влияние върху вмъкването и секвестрирането на протеини в двуслойния слой.
Фосфатидилетаноламин се счита за не-ламеларен глицерофосфолипид, тъй като има конична геометрична форма. Тази форма се дава от малкия размер на полярната й група или "глава" по отношение на веригите на мастни киселини, които съдържат хидрофобните "опашки".
"Главата" или полярната група на фосфатидилетаноламин има цвитерионен характер, тоест има групи, които могат да бъдат заредени положително и отрицателно при определени условия на pH.
Тази характеристика му позволява да се свързва с водород с голям брой остатъци от аминокиселини и неговото разпределение на заряда е съществен фактор за топологията на домена на много интегрални мембранни протеини.
Биосинтеза
В еукариотните клетки синтезът на структурните липиди е ограничен географски, като основното място на биосинтеза е ендоплазменият ретикулум (ER) и в по-малка степен апаратът на Голджи.
Съществуват четири независими биосинтетични пътя за производството на фосфатидилетаноламин: (1) CDP-етаноламиновият път, известен също като пътя на Кенеди; (2) пътя на PSD за декарбоксилиране на фосфатидилсерин (PS); (3) ацилиране на лизо-PE и (4) реакции за промяна на основата на полярната група на други глицерофосфолипиди.
Маршрут на Кенеди
По този начин биосинтезата на фосфатидилетаноламин е ограничена до ER и е показано, че в чернодробните клетки на хамстерите той е основният път на производство. Състои се от три последователни ензимни стъпки, катализирани от три различни ензима.
В първия етап фосфоетаноламинът и ADP се получават благодарение на действието на етаноламин киназата, която катализира АТФ-зависимото фосфорилиране на етаноламин.
За разлика от растенията, нито бозайниците, нито дрождите са способни да произвеждат този субстрат, така че той трябва да се консумира в диетата или да се получи от разграждането на вече съществуващи молекули фосфатидилетаноламин или сфингозин.
Фосфоетаноламинът се използва от CTP: фосфоетаноламин цитидилтрансфераза (ET) за образуване на високоенергийно съединение CDP: етаноламин и неорганичен фосфат.
1,2-диацилглицерол етаноламин фосфотрансфераза (ETP) използва енергията, съдържаща се в CDP-етаноламиновата връзка, за ковалентно свързване на етаноламин с вмъкната в мембрана диацилглицеролова молекула, което води до фосфатидилетаноламин.
Път PSD
Този маршрут действа както при прокариотите, така и при дрождите и бозайниците. При бактериите той се среща в плазмената мембрана, но при еукариотите се среща в зона на ендоплазмения ретикулум, която е тясно свързана с митохондриалната мембрана.
При бозайниците пътят се катализира от един-единствен ензим фосфатидилсерин декарбоксилаза (PSD1p), който е вграден в митохондриалната мембрана, чийто ген е кодиран от ядрото. Реакцията включва декарбоксилиране на PS до фосфатидилетаноламин.
Останалите два пътя (PE-лизо ацилиране и обмен на калций, зависими от полярната група) се срещат в ендоплазмения ретикулум, но не допринасят значително за общото производство на фосфатидилетаноламин в еукариотни клетки.
Характеристика
Глицерофосфолипидите имат три основни функции в клетката, сред които се открояват структурните функции, съхранението на енергия и клетъчната сигнализация.
Фосфатидилетаноламинът се свързва с закрепването, стабилизирането и сгъването на множество мембранни протеини, както и с конформационните промени, необходими за функцията на много ензими.
Има експериментални доказателства, които предлагат фосфатидилетаноламин като решаващ глицерофосфолипид в късния стадий на телофазата, по време на образуването на контрактилния пръстен и установяването на фрагмопласта, който позволява разделянето на мембраната на двете дъщерни клетки.
Той също има важна роля във всички процеси на сливане и делене (обединяване и разделяне) на мембраните както на ендоплазмения ретикулум, така и на апарата на Голджи.
В E. coli е доказано, че фосфатидилетаноламин е необходим за правилното сгъване и функциониране на ензима лактозна пермеаза, поради което се предполага, че той играе роля на молекулен „шаперон“.
Фосфатидилетаноламинът е основният донор на етаноламиновата молекула, необходим за пост-транслационната модификация на многобройни протеини, като GPI котви.
Този глицерофосфолипид е предшественик на множество молекули с ензимна активност. Освен това молекулите, получени от неговия метаболизъм, както и диацилглицеролът, фосфатидиновата киселина и някои мастни киселини, могат да действат като втори пратеник. Освен това той е важен субстрат за производството на фосфатидилхолин.
Препратки
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM и van Golde, LMG (1999). Бързо отделяне и идентифициране на молекулни видове фосфатидилетаноламин. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Възстановено от jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Фосфатидилетаноламинът, произведен във вътрешната митохондриална мембрана, е от съществено значение за комплексната функция на цитохром bc1 за дрожди. 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Метаболизъм на фосфатидилетаноламин в здравето и болестите. Международен преглед на клетъчната и молекулярна биология (том 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Синтезът на Кенеди-de novo синтез на фосфатидилетаноламин и фосфатидилхолин. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Възстановено от cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Рентгеново дифракционно изследване на полиморфизма на хидратирани диацил- и диалкилфосфатидилетаноламини. Биохимия, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Поддържа липидните двуслои с фосфатидилетаноламин като основен компонент. Лангмюр, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Мембранни липиди: къде се намират и как се държат. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Молекулярна и клетъчна биология на метаболизма на фосфатидилсерин и фосфатидилетаноламин. В K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (стр. 69-111). Академична преса.
- Vance, JE (2008). Фосфатидилсерин и фосфатидилетаноламин в клетки на бозайници: два метаболично свързани аминофосфолипиди. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Образуване и функция на фосфатидилсерин и фосфатидилетаноламин в клетките на бозайниците. Biochimica et Biophysica Acta - Молекулярна и клетъчна биология на липидите, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Активността на фосфатидилетаноламин-N-метилтрансферазата и диетичният холин регулират чернодробно-плазмения липиден поток и метаболизма на основните мастни киселини при мишки. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386–3391.