SINGINGIPIPIDE: CARACTERISTICI, FUNCȚII, GRUPURI, SINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Cele sphingolipids sunt una dintre cele trei familii majore ale lipidelor din membranele biologice. La fel ca glicerofosfolipidele și sterolii, acestea sunt molecule amfipatice cu o regiune polară hidrofilă și o regiune apolară hidrofobă.

Au fost descrise pentru prima dată în 1884 de către Johann LW Thudichum, care a descris trei sfingolipide (sfingomielină, cerebroside și cerebrosulfatidă) care aparțin celor trei clase diferite care sunt cunoscute: fosfosfingolipide, glicosfingolipide neutre și acide.

Alejandro Porto, prin Wikimedia Commons

Spre deosebire de glicerofosfolipide, sfingolipidele nu sunt construite pe o moleculă principală a glicerolului 3-fosfat, ci sunt compuși derivați din sfingosină, un alcool amino cu un lanț lung de hidrocarburi legat de o legătură amidică.

În ceea ce privește complexitatea și diversitatea, cel puțin 5 tipuri diferite de baze sunt cunoscute pentru sfingolipide la mamifere. Aceste baze pot fi unite de mai mult de 20 de tipuri diferite de acizi grași, cu lungimi și grade diferite de saturație, pe lângă numeroasele variații ale grupărilor polare care pot apărea.

Membranele biologice au sfingolipide de aproximativ 20%. Acestea au funcții variate și importante în celule, de la structura până la transducția semnalului și controlul diferitelor procese de comunicare celulară.

Distribuția acestor molecule variază în funcție de funcția organelei în care se găsesc, dar în mod normal concentrația de sfingolipide este mult mai mare în monostratul exterior al membranei plasmatice decât în ​​monostratul intern și în alte compartimente.

La om există cel puțin 60 de specii de sfingolipide. Multe dintre ele sunt componente importante ale membranelor celulelor nervoase, în timp ce altele joacă roluri structurale importante sau participă la transducția semnalului, recunoașterea, diferențierea celulelor, patogeneza, moartea celulelor programată, printre altele.

E structura

Structura generală a sfingolipidelor. LHcheM, de la Wikimedia Commons

Toate sfingolipidele sunt derivate dintr-o serină L, care este condensată cu un acid gras cu catenă lungă pentru a forma baza sfingoidă, cunoscută și sub numele de bază cu lanț lung (LCB).

Bazele cele mai frecvente sunt sfinganina și sfingozina, care diferă unele de altele doar în prezența unei legături duble între carbuni 4 și 5 ai acidului gras sfinozină.

Carbunii 1, 2 și 3 ai sfingosinei sunt analogi structural cu carboni glicerol ai glicerofosfolipidelor. Când un acid gras este atașat de carbonul 2 al sfingosinei prin legături amidice, se produce o ceramidă, care este o moleculă foarte asemănătoare cu diacilglicerolul și reprezintă cel mai simplu sfingolipid.

Acizii grași cu lanț lung care alcătuiesc regiunile hidrofobe ale acestor lipide pot fi foarte diverse. Lungimile variază de la 14 la 22 de atomi de carbon care pot avea grade diferite de saturație, de obicei între carbuni 4 și 5.

În pozițiile 4 sau 6 pot avea grupări hidroxil și duble legături în alte poziții sau chiar ramuri, cum ar fi grupări metil.

caracteristici

Lanțurile de acizi grași legate de legăturile amidice cu ceramidele sunt în mod obișnuit saturate și tind să fie mai lungi decât cele găsite în glicerofosfolipide, ceea ce pare a fi crucial pentru activitatea lor biologică.

O caracteristică distinctivă a scheletului sfingolipid este faptul că acestea pot avea o încărcare netă pozitivă la pH neutru, rar printre moleculele lipidice.

Cu toate acestea, pK a din grupa amino este scăzută în comparație cu o simplă amină, între 7 și 8, astfel încât o porțiune a moleculei nu este încărcată la pH fiziologic, ceea ce ar putea explica mișcarea „liberă” a acestora între bistraturi.

Clasificarea tradițională a sfingolipidelor provine din multiplele modificări pe care le poate suferi molecula de ceramidă, în special în ceea ce privește substituțiile grupelor polare ale capului.

Caracteristici

Singingipipidele sunt esențiale la animale, plante și ciuperci, precum și în unele organisme și virusuri procariote.

-Funcții structurale

Singingolipidele modulează proprietățile fizice ale membranelor, inclusiv fluiditatea, grosimea și curbura acestora. Modularea acestor proprietăți le conferă, de asemenea, o influență directă asupra organizării spațiale a proteinelor de membrană.

În „plute” lipide

În membranele biologice, pot fi detectate micro-domenii dinamice cu fluiditate mai mică, alcătuite din molecule de colesterol și sfingolipide numite plute lipidice.

Aceste structuri apar în mod natural și sunt strâns legate de proteine ​​integrale, receptori de suprafață a celulelor și proteine ​​de semnalizare, transportori și alte proteine ​​cu ancore glicozilfosfatidilinositol (GPI).

-Funcții de semnalizare

Au funcții de molecule de semnalizare care acționează ca alți mesageri sau ca liganzi secretați pentru receptorii de suprafață celulară.

Ca mesageri secundari, aceștia pot participa la reglarea homeostaziei calciului, creșterii celulare, tumorigenezei și suprimării apoptozei. Mai mult, activitatea multor proteine ​​de membrană integrală și periferică depinde de asocierea lor cu sfingolipidele.

Multe interacțiuni dintre celule și celulă cu mediul său depind de expunerea diferitelor grupe polare de sfingolipide la fața exterioară a membranei plasmatice.

Legarea glicosfingolipidelor și a lectinelor este crucială pentru asocierea mielinei cu axonii, aderarea neutrofilelor la endoteliu etc.

Produse secundare ale metabolismului tău

Cele mai importante sfingolipide de semnalizare sunt bazele cu catenă lungă sau sfingosinele și ceramidele, precum și derivații lor fosforilati, cum ar fi sferozina 1-fosfat.

Produsele de metabolism ale multor sfingolipide activează sau inhibă mai multe ținte din aval (proteine ​​kinazine, fosfataze fosfoproteice și altele), care controlează comportamente celulare complexe precum creșterea, diferențierea și apoptoza.

-Cum receptori ai membranei

Unii agenți patogeni folosesc glicosfingolipide ca receptori pentru a media intrarea lor în celulele gazdă sau pentru a le furniza factori de virulență.

Sfingolipidele s-au dovedit a participa la mai multe evenimente celulare, cum ar fi secreția, endocitoza, chimiotaxia, neurotransmisia, angiogeneza și inflamația.

De asemenea, sunt implicați în traficul de membrană, influențând astfel internalizarea receptorilor, ordonarea, mișcarea și fuziunea veziculelor secretoare ca răspuns la diferiți stimuli.

Grupuri de sfingolipide

Există trei subclase de sfingolipide, toate derivate din ceramidă și care diferă unele de altele prin grupări polare, și anume sfingomieline, glicolipide și ganglioside.

Sfingomielinele

Sphingomilein. Negru: sfingosină. Roșu: fosfocolină. Albastru: acid gras.

Acestea conțin fosfocolină sau fosfoetanolamină ca o grupare polară a capului, deci sunt clasificate drept fosfolipide împreună cu glicerofosfolipidele. Ei seamănă, desigur, cu fosfatidilcolinele în structura tridimensională și proprietățile generale, întrucât nu au nicio sarcină asupra capetelor lor polare.

Sunt prezente în membranele plasmatice ale celulelor animale și sunt deosebit de abundente în mielină, o teacă care înconjoară și izolează axonii unor neuroni.

Glicolipide neutre sau glicosfingolipide (fără taxă)

glicolipid Wpcrosson, de la Wikimedia Commons

Acestea se găsesc în primul rând pe fața exterioară a membranei plasmatice și au unul sau mai multe zaharuri ca grup de cap polar atașat direct la hidroxilul de carbon 1 al porțiunii de ceramidă. Nu au grupe de fosfați. Deoarece la pH 7 nu au nicio taxă, ele sunt numite glicolipide neutre.

Cerebrosidele au o singură moleculă de zahăr atașată la ceramidă. Cei care conțin galactoză se găsesc în membranele plasmatice ale celulelor țesutului non-nervos. Globozidele sunt glicosfingolipide cu două sau mai multe zaharuri, de obicei D-glucoză, D-galactoză sau N-acetil-D-galactozamină.

Gangliozide acide sau glicosfingolipide

Structura gangliozidului GM1

Acestea sunt cele mai complexe sfingolipide. Ei au oligozaharide ca grup de cap polar și unul sau mai multe reziduuri terminale de acid N-acetilmuramic, numite și acid sialic. Acidul sialic conferă gangliozidelor sarcina negativă la pH 7, ceea ce le distinge de glicosfingolipidele neutre.

Nomenclatura acestei clase de sfingolipide depinde de cantitatea de resturi de acid sialic prezente în porțiunea oligozaharidă a capului polar.

Sinteză

Molecula de bază cu lanț lung, sau sfingosina, este sintetizată în reticulul endoplasmatic (ER) și adăugarea grupului polar la capul acestor lipide apare mai târziu în complexul Golgi. La mamifere, o anumită sinteză a sfingolipidelor poate avea loc și în mitocondrii.

După finalizarea sintezei lor în complexul Golgi, sfingolipidele sunt transportate în alte compartimente celulare prin mecanisme mediate de vezicule.

Biosinteza sfingolipidelor constă în trei evenimente fundamentale: sinteza bazelor cu lanț lung, biosinteza ceramidelor prin unirea unui acid gras printr-o legătură amidică și, în final, formarea sfingolipidelor complexe prin a unirii grupelor polare pe carbonul 1 al bazei sfinoide.

Pe lângă sinteza de novo, sfingolipidele pot fi formate și prin cifra de afaceri sau reciclarea bazelor cu lanț lung și a ceramidelor, care pot alimenta bazinul de sfingolipide.

Sinteza scheletului ceramidelor

Biosinteza ceramidei, coloana vertebrală a sfingolipidelor, începe cu condensarea decarboxilativă a unei molecule palmitoyl-CoA și a unei serine L. Reacția este catalizată de o serin palmitoyl transferază heterodimerică (SPT), dependentă de fosfat piridoxal, iar produsul este 3-ceto dihidrosfingosină.

Această enzimă este inhibată de β-halo-L-alanine și L-cycloserine. În drojdie este codat de două gene, în timp ce la mamifere există trei gene pentru această enzimă. Situsul activ este situat pe partea citoplasmatică a reticulului endoplasmic.

Rolul acestei prime enzime este conservat în toate organismele studiate. Cu toate acestea, există unele diferențe între taxonii care au legătură cu localizarea subcelulară a enzimei: cea a bacteriilor este citoplasmatică, cea a drojdiilor, plantelor și animalelor se află în reticulul endoplasmic.

3-ketfosfinanina este redusă ulterior de 3-ketfosfinanina reductază dependentă de NADPH pentru a produce sfinganină. Dihidroceramida sintaza (spinganina N-acil transferaza) apoi acetilează sfinganina pentru a produce dihidroceramida. Ceramica este apoi formată din dihidroceramidă desaturaza / reductază, care introduce o legătură dublă trans la poziția 4-5.

La mamifere există numeroase izoforme de ceramide sintaze, fiecare legând un lanț specific de acizi grași de baze cu lanț lung. Prin urmare, ceramide sintaze și alte enzime, elongaze, furnizează principala sursă de diversitate pentru acizii grași din sfingolipide.

Formarea sfingolipidă specifică

Sfingomielina este sintetizată prin transferul unei fosfocoline din fosfatidilcolina în ceramidă, eliberând diacilglicerol. Reacția leagă căile de semnalizare a sfingolipidului și a glicerofosfolipidului.

Ceramida de fosfoetanolamină este sintetizată din fosfatidiletanolamină și ceramidă într-o reacție analogă celei de sinteză a sfingomielinei și, odată formată, poate fi metilată la sfingomielină. Ceramidele fosfat de inozitol sunt formate prin transesterificare din fosfatidilinositol.

Glicosfingolipidele sunt modificate în principal în complexul Golgi, unde enzimele specifice glicoziltransferazei participă la adăugarea lanțurilor de oligozaharide în regiunea hidrofilă a scheletului ceramidelor.

Metabolism

Degradarea sfingolipidelor este realizată de enzimele glucohidrolaze și sfingomielinazele, care sunt responsabile de îndepărtarea modificărilor grupelor polare. Pe de altă parte, ceramidasele regenerează bazele cu lanț lung din ceramide.

Gangliozidele sunt degradate de un set de enzime lizozomice care catalizează eliminarea pas cu pas a unităților de zahăr, producând în cele din urmă o ceramidă.

O altă cale de degradare constă în interiorizarea sfingolipidelor în veziculele endocitice care sunt trimise înapoi la membrana plasmatică sau transportate la lizozomi unde sunt degradate de hidrolaze acide specifice.

Nu toate bazele cu lanțuri lungi sunt reciclate, reticulul endoplasmic are o cale de degradare a terminalului lor. Acest mecanism de degradare constă într-o fosforilare în loc de acilarea LCB-urilor, dând naștere la molecule de semnalizare care pot fi substraturi solubile pentru enzimele liza care clivează LCB-fosfat pentru a genera aciloaldehide și fosfoetanolamină.

Regulament

Metabolismul acestor lipide este reglat la diferite niveluri, unul dintre ele fiind cel al enzimelor responsabile de sinteză, modificările lor post-translaționale și mecanismele alosterice.

Unele mecanisme de reglementare sunt specifice celulelor, fie pentru a controla momentul dezvoltării celulelor în care sunt produse, fie ca răspuns la semnale specifice.

Referințe

1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Singingipipide bioactive: Metabolism și funcție. Journal of Lipid Research, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Homeostazia sfingolipidă în reticulul endoplasmatic și nu numai. Perspectivele de primăvară rece în biologie, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH și Hannun, YA (2004). Viața complexă a sfingolipidelor simple. Rapoarte EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T., & Campopiano, DJ (2018). Biosinteza singingipipidă la om și microbi. Rapoarte despre produse naturale, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S., & Futerman, AH (2007). Metabolizarea și funcția sfingolipidelor și a glicosfingolipidelor. Științele vieții celulare și moleculare, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologie moleculară celulară (ediția a 5-a). Freeman, WH & Company.
7. Luckey, M. (2008). Biologia structurală a membranei: cu fundații biochimice și biofizice. Presa universitară din Cambridge. Preluat de pe www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Căile metabolice ale sfingolipidului și glicosfingolipidului în era sfingolipidomiei. Recenzii chimice, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a).
10. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biochimia lipidelor, lipoproteinelor și membranelor. În New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (ediția a 4-a). Elsevier.