Cardiolipina, de asemenea , cunoscut sub numele de diphosphatidylglycerol, este o familie glicerofosfolípidos lipidelor și grupul de poliglicerofosfolípidos. Se găsește în membrana mitocondrială a organismelor eucariote, în membrana plasmatică a multor bacterii, dar și în unele arhaea.
A fost descoperit de Pangborn în 1942 din analiza lipidelor membranare ale țesutului cardiac al unui bovin. Structura sa a fost propusă în 1956, iar sinteza chimică a avut loc aproximativ 10 ani mai târziu.
Structura cardiolipinei (Sursa: Edgar181 prin Wikimedia Commons)
Unii autori consideră că prezența sa este limitată la membranele producătoare de ATP, cum ar fi în cazul mitocondriilor în eucariote, membranelor plasmatice din bacterii și la hidrogensomi (organele asemănătoare mitocondriilor) la anumiți protisti.
Faptul că cardiolipina se găsește în mitocondrii și în membrana plasmatică a bacteriilor a fost folosită pentru a consolida bazele teoriei endosimbiotice, care afirmă că mitocondriile au apărut în celulele progenitoare ale eucariotelor prin fagocitoza unei bacterii, care apoi a devenit dependentă de celulă și invers.
Calea sa biosintetică la animale a fost descrisă între 1970 și 1972 și mai târziu s-a arătat că este aceeași cale care apare la plante, drojdii, ciuperci și nevertebrate. Nu este o lipidă foarte abundentă, dar celulele necesită ca acesta să funcționeze corect.
Importanța acestui fosfolipid pentru mitocondrii și, prin urmare, pentru metabolismul celular, este evidentă când funcționarea defectuoasă a căilor metabolice asociate cu aceasta produce o patologie umană cunoscută sub numele de sindromul Barth (miopatie cardio-scheletică).
Structura
Cardiolipina sau difosfatidilglicerolul este format din două molecule de acid fosfatidic (cea mai simplă fosfolipidă) legate între ele printr-o moleculă de glicerol.
Acidul fosfatidic, unul dintre intermediarii obișnuiți pe căile biosintetice ale altor fosfolipide, este format dintr-o moleculă de glicerol 3-fosfat, la care două catene de acizi grași sunt esterificate în pozițiile carbonilor 1 și 2, deci este, de asemenea, cunoscut sub numele de 1,2-diacilglicerol 3-fosfat.
Prin urmare, cardiolipina este compusă din trei molecule glicerol: un glicerol central, atașat la o grupare fosfat la carbonul 1, o altă grupare fosfat la carbonul 3 și o grupă hidroxil la carbonul 2; și două gliceroli „laterale”.
Cele două molecule „laterale” de glicerol sunt atașate de molecula centrală prin „punți de glicerol” prin cărbunii lor la poziția 3. La carbonii de la pozițiile 1 și 2, sunt esterificate două lanțuri de acizi grași de lungime și saturație. variabil.
Cardiolipina este o lipidă care poate sau nu să formeze straturi, în funcție de prezența sau absența cationilor divalenți. Acest lucru este legat de faptul că este o moleculă simetrică, ceea ce o face importantă în membranele care sunt responsabile pentru procesele de transducție a energiei.
Ca și celelalte lipide ale grupului poliglicerofosfolipidelor, cardiolipina are mai multe grupări hidroxilice care pot servi la legarea acizilor grași. Prin urmare, are mai mulți stereoizomeri poziționali.
Acizii grași
Diferite studii au stabilit că acizii grași atașați la moleculele laterale de glicerol ale cardiolipinei sunt de obicei nesaturați, dar nu a fost determinat gradul de nesaturare.
Astfel, acești acizi grași pot avea 14-22 de carbuni în lungime și 0-6 duble legături. Acest lucru și faptul că cardiolipina are patru molecule de acid gras legate, implică faptul că pot exista multiple variabile și combinații ale acestui fosfolipid.
Sinteză
După cum se poate aștepta, biosinteza cardiolipinei începe cu sinteza acidului fosfatidic sau a 1,2-diacilglicerolului 3-fosfat din glicerol 3-fosfat și acizi grași. Acest proces are loc în mitocondriile eucariotelor și în membrana plasmatică a bacteriilor.
Sinteză în eucariote
După ce a fost format, acidul fosfatidic reacționează cu o moleculă cu energie mare, analogă ATP: CTP. Apoi se formează un intermediar, de asemenea, cu energie mare, cunoscut sub numele de fosfatidil-CMP. Grupa fosfatidil activată este transferată grupării hidroxil în poziția C1 a moleculei glicerolului central care servește ca și coloana vertebrală.
Acest proces are ca rezultat o moleculă numită fosfatidilglicerofosfat, care este hidrolizată pentru a produce fosfatidilglicerol. Aceasta primește o altă grupare fosfatidil activată de la o altă moleculă de fosfatidil-CMP, o reacție catalizată de o fosfatidiltransferază, de asemenea, cunoscută sub numele de cardiolipină sintază.
Enzima cardiolipină sintază rezidă în membrana mitocondrială internă și pare să formeze un complex mare, cel puțin în drojdie. Gena sa este exprimată în cantități mari în țesuturile bogate în mitocondrii, cum ar fi inima, ficatul și mușchiul scheletului vertebratelor.
Reglarea activității sale depinde, în mare măsură, de aceiași factori de transcripție și factori endocrini care modulează biogeneza mitocondrială.
Odată sintetizată în membrana mitocondrială internă, cardiolipina trebuie translocată la membrana mitocondrială externă, astfel încât o serie de procese topologice să aibă loc în membrană și să fie găzduite alte elemente structurale ale membranei.
Sinteza în procariote
Conținutul de cardiolipină din bacterii poate fi extrem de variabil și depinde în principal de starea fiziologică a celulelor: de obicei este mai puțin abundent în faza de creștere exponențială și mai abundent atunci când există o reducere a acestuia (în faza staționară, de exemplu).
Calea sa biosintetică poate fi declanșată de diferiți stimuli stresanți, cum ar fi deficitele de energie sau stresul osmotic.
Până la formarea fosfatidilglicerolului, procesul în eucariote și procariote este echivalent, dar în procariote, fosfatidilglicerolul primește, prin transesterificare, o grupare fosfatidil dintr-o altă moleculă de fosfatidilglicerol. Această reacție este catalizată de o enzimă de tip fosfolipază D cunoscută și sub denumirea de cardiolipină sintază.
Această reacție este cunoscută sub numele de reacția de "transfosfatidilare" (din engleză "transfosfatidilare"), unde unul dintre fosfatidilgliceroli acționează ca un donator al grupării fosfatidil și celălalt ca acceptor.
Caracteristici
Caracteristicile fizice ale moleculelor de cardiolipină permit aparent anumite interacțiuni care joacă roluri importante în organizarea structurală a membranelor unde se găsesc.
Printre aceste funcții se numără discriminarea unor domenii de membrană, interacțiunea sau „crossover” cu proteinele transmembranare sau subdomeniile acestora, printre altele.
Datorită caracteristicilor sale fizico-chimice, cardiolipina este recunoscută ca o lipidă care nu formează o stratură, dar a cărei funcție poate fi stabilizarea și „acomodarea” proteinelor transmembranare din bicapa lipidică.
Caracteristicile sale electrice, în special, îi conferă funcții în procesele de transfer de protoni care au loc în mitocondrii.
Deși celulele pot supraviețui fără această fosfolipidă, unele studii au stabilit că este necesară pentru funcționarea lor optimă.
Referințe
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Înțelegerea diversității compoziției lipidelor membranare. Nature Review Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Biologia structurală a membranei: cu fundații biochimice și biofizice. Presa universitară din Cambridge.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (ediția a 28-a). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Lipide ale membranei: unde sunt și cum se comportă. Recenzii ale naturii, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biochimia lipidelor, lipoproteinelor și membranelor. În New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (ediția a 4-a). Elsevier.