Кардиолипина, также известная как diphosphatidylglycerol, представляет собой семейство липидных glicerofosfolípidos и группа poliglicerofosfolípidos. Он обнаружен в митохондриальной мембране эукариотических организмов, в плазматической мембране многих бактерий, а также у некоторых архей.
Он был открыт Пангборном в 1942 году при анализе липидов мембран сердечной ткани крупного рогатого скота. Его структура была предложена в 1956 году, а химический синтез состоялся примерно 10 лет спустя.
Структура кардиолипина (Источник: Edgar181 через Wikimedia Commons)
Некоторые авторы считают, что его присутствие ограничено мембранами, продуцирующими АТФ, например, в случае митохондрий у эукариот, плазматических мембран у бактерий и гидрогенсом (митохондриально-подобных органеллах) у некоторых протистов.
Тот факт, что кардиолипин обнаружен в митохондриях и плазматической мембране бактерий, был использован для подкрепления основ эндосимбиотической теории, согласно которой митохондрии возникли в клетках-предшественниках эукариот в результате фагоцитоза бактерии, который затем он стал зависимым от клетки и наоборот.
Его биосинтетический путь у животных был описан между 1970 и 1972 годами, а позже было показано, что это тот же путь, который происходит у растений, дрожжей, грибов и беспозвоночных. Это не очень распространенный липид, но он необходим клеткам для правильного функционирования.
Важность этого фосфолипида для митохондрий и, следовательно, для клеточного метаболизма очевидна, когда нарушение метаболических путей, связанных с ним, вызывает у человека патологию, известную как синдром Барта (кардио-скелетная миопатия).
Структура
Кардиолипин или дифосфатидилглицерин состоит из двух молекул фосфатидной кислоты (простейшего фосфолипида), связанных между собой через молекулу глицерина.
Фосфатидная кислота, один из обычных промежуточных продуктов в путях биосинтеза других фосфолипидов, состоит из молекулы глицерин-3-фосфата, с которой две цепи жирных кислот этерифицированы в положениях атомов углерода 1 и 2, поэтому он также известен как 1,2-диацилглицерин-3-фосфат.
Следовательно, кардиолипин состоит из трех молекул глицерина: центрального глицерина, присоединенного к фосфатной группе у углерода 1, другой фосфатной группы у углерода 3 и гидроксильной группы у углерода 2; и два «боковых» глицерина.
Две «боковые» молекулы глицерина присоединены к центральной молекуле «глицериновыми мостиками» через их атомы углерода в положении 3. На атомах углерода в положениях 1 и 2 этерифицируются две цепи жирных кислот с длиной и насыщением. переменная.
Кардиолипин - это липид, который может образовывать или не образовывать бислои в зависимости от наличия или отсутствия двухвалентных катионов. Это связано с тем, что это симметричная молекула, что делает ее важной в мембранах, которые отвечают за процессы передачи энергии.
Как и другие липиды из группы полиглицерофосфолипидов, кардиолипин имеет несколько гидроксильных групп, которые могут служить для связывания жирных кислот. Следовательно, он имеет несколько позиционных стереоизомеров.
Ваши жирные кислоты
Различные исследования определили, что жирные кислоты, прикрепленные к боковым молекулам глицерина кардиолипина, обычно ненасыщены, но степень ненасыщенности не была определена.
Таким образом, такие жирные кислоты могут иметь длину от 14 до 22 атомов углерода и от 0 до 6 двойных связей. Это, а также тот факт, что кардиолипин имеет четыре связанных молекулы жирных кислот, подразумевает, что может быть несколько переменных и комбинаций этого фосфолипида.
Синтез
Биосинтез кардиолипина, как и следовало ожидать, начинается с синтеза фосфатидной кислоты или 1,2-диацилглицерин-3-фосфата из глицерин-3-фосфата и жирных кислот. Этот процесс происходит в митохондриях эукариот и в плазматической мембране бактерий.
Синтез у эукариот
После образования фосфатидная кислота вступает в реакцию с высокоэнергетической молекулой, аналогичной АТФ: CTP. Затем образуется промежуточное соединение, также имеющее высокую энергию, известное как фосфатидил-CMP. Активированная фосфатидильная группа переносится на гидроксильную группу в положении С1 центральной молекулы глицерина, которая служит скелетом.
В результате этого процесса образуется молекула, называемая фосфатидилглицерофосфатом, которая гидролизуется с образованием фосфатидилглицерина. Он получает другую фосфатидильную группу, активируемую другой молекулой фосфатидил-CMP, реакцию, катализируемую фосфатидилтрансферазой, также известной как кардиолипинсинтаза.
Фермент кардиолипинсинтаза находится во внутренней митохондриальной мембране и, по-видимому, образует большой комплекс, по крайней мере, в дрожжах. Его ген в больших количествах экспрессируется в тканях, богатых митохондриями, таких как сердце, печень и скелетные мышцы позвоночных.
Регуляция его активности в значительной степени зависит от тех же факторов транскрипции и эндокринных факторов, которые модулируют митохондриальный биогенез.
После синтеза на внутренней митохондриальной мембране кардиолипин должен быть перемещен к внешней митохондриальной мембране, чтобы в мембране происходил ряд топологических процессов, а другие структурные элементы в ней были приспособлены.
Синтез у прокариот
Содержание кардиолипина в бактериях может сильно варьироваться и зависит, главным образом, от физиологического состояния клеток: его обычно меньше в экспоненциальной фазе роста и больше, когда оно уменьшается (например, в стационарной фазе).
Его биосинтетический путь может запускаться различными стрессовыми стимулами, такими как дефицит энергии или осмотический стресс.
До образования фосфатидилглицерина процесс у эукариот и прокариот эквивалентен, но у прокариот фосфатидилглицерин получает путем переэтерификации фосфатидильную группу от другой молекулы фосфатидилглицерина. Эта реакция катализируется ферментом фосфолипазы D-типа, также известным как кардиолипинсинтаза.
Эта реакция известна как реакция «трансфосфатидилирования» (от английского «трансфосфатидилирование»), где один из фосфатидилглицеринов действует как донор фосфатидильной группы, а другой - как акцептор.
Характеристики
Физические характеристики молекул кардиолипина, по-видимому, допускают определенные взаимодействия, которые играют важную роль в структурной организации мембран, где они находятся.
Среди этих функций - различение некоторых мембранных доменов, взаимодействие или «кроссовер» с трансмембранными белками или их субдоменами, среди прочего.
Благодаря своим физико-химическим характеристикам кардиолипин распознается как липид, который не образует бислой, но функция которого может заключаться в стабилизации и «размещении» трансмембранных белков в липидных бислоях.
Его электрические характеристики, в частности, дают ему функции в процессах переноса протонов, происходящих в митохондриях.
Хотя клетки могут выжить без этого фосфолипида, некоторые исследования определили, что он необходим для их оптимального функционирования.
Ссылки
- Хараяма, Т., и Ризман, Х. (2018). Понимание разнообразия липидного состава мембран. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Лаки, М. (2008). Структурная биология мембран: с биохимическими и биофизическими основами. Издательство Кембриджского университета.
- Мюррей, Р., Бендер, Д., Ботам, К., Кеннелли, П., Родуэлл, В., и Вейл, П. (2009). Иллюстрированная биохимия Харпера (28-е изд.). McGraw-Hill Medical.
- ван Меер, Г., Фелькер, Д. Р., и Фейгенсон, Г. В. (2008). Мембранные липиды: где они и как ведут себя. Обзоры природы, 9, 112-124.
- Вэнс, Дж. Э., и Вэнс, Делавэр (2008). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран. В новой всеобъемлющей биохимии, том 36 (4-е изд.). Elsevier.