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

Сфингомиелина является наиболее распространенными сфинголипидами в тканях животных: как известно, происходит во всех изученных клеточных мембранах на сегодняшний день. Он имеет структурное сходство с фосфатидилхолином с точки зрения полярной головной группы, поэтому он также классифицируется как фосфолипид (фосфосфинголипид).

В 1880-х годах ученый Иоганн Тудичум выделил эфирно-растворимый липидный компонент из ткани мозга и назвал его сфингомиелином. Позже, в 1927 году, структура этого сфинголипида была описана как N-ацил-сфингозин-1-фосфохолин.

Структура сфингомиелина (Источник: Jag123 в английской Википедии, через Wikimedia Commons)

Подобно другим сфинголипидам, сфингомиелин выполняет как структурные, так и клеточные сигнальные функции, и его особенно много в нервных тканях, особенно в миелине, оболочке, которая покрывает и изолирует аксоны определенных нейронов.

Его распределение было изучено с помощью экспериментов по субклеточному фракционированию и ферментативной деградации сфингомиелиназ, и результаты показывают, что более половины сфингомиелина в эукариотических клетках находится в плазматической мембране. Однако это зависит от типа ячейки. Например, в фибробластах на его долю приходится почти 90% всех липидов.

Нарушение регуляции процессов синтеза и метаболизма этого липида приводит к развитию сложных патологий или липидозов. Примером этого является наследственная болезнь Ниманна-Пика, характеризующаяся гепатоспленомегалией и прогрессирующей неврологической дисфункцией.

Структура

Сфингомиелин представляет собой амфипатическую молекулу, состоящую из полярной головы и двух аполярных хвостов. Полярная головная группа представляет собой молекулу фосфохолина, поэтому она может выглядеть похожей на глицерофосфолипидный фосфатидилхолин (PC). Однако существуют существенные различия в отношении межфазной и гидрофобной области между этими двумя молекулами.

Наиболее распространенным основанием в молекуле сфингомиелина млекопитающих является церамид, состоящий из сфингозина (1,3-дигидрокси-2-амино-4-октадецен), который имеет двойную транс-связь между атомами углерода в положениях 4 и 5 углеводородной цепи. Его насыщенное производное, сфинганин, также широко распространено, но встречается в меньшей степени.

Длина гидрофобных хвостов сфингомиелина составляет от 16 до 24 атомов углерода, а состав жирных кислот варьируется в зависимости от ткани.

Сфингомиелины в белом веществе головного мозга человека, например, содержат нервоновую кислоту, в сером веществе - в основном стеариновую кислоту, а преобладающей формой в тромбоцитах является арахидонат.

Обычно существует несоответствие в длине между двумя цепями жирных кислот сфингомиелина, что, по-видимому, способствует феномену "взаимного пересечения" углеводородов в противоположных монослоях. Это придает мембране особую стабильность и особые свойства по сравнению с другими мембранами, которые беднее этим сфинголипидом.

В межфазной области молекулы сфингомиелин имеет амидную группу и свободный гидроксил у углерода 3, которые могут служить донорами и акцепторами водородных связей для внутри- и межмолекулярных связей, важных для определения боковых доменов и взаимодействия. с различными типами молекул.

Характеристики

-Signaling

Продукты метаболизма сфингозина - церамид, сфингозин, сфингозин-1-фосфат и диацилглицерин- являются важными клеточными эффекторами и придают им роль во многих клеточных функциях, таких как апоптоз, развитие и старение, передача клеточных сигналов и другие.

-Структура

Благодаря трехмерной «цилиндрической» структуре сфингомиелина этот липид может образовывать более компактные и упорядоченные мембранные домены, что имеет важные функциональные последствия с точки зрения белков, поскольку он может создавать специфические домены для некоторых интегральных мембранных белков.

В липидных «плотах» и кавеолах

Липидные рафты, мембранные фазы или упорядоченные микродомены сфинголипидов, таких как сфингомиелин, некоторые глицерофосфолипиды и холестерин, представляют собой стабильные платформы для ассоциации мембранных белков с различными функциями (рецепторы, переносчики и т. Д.).

Кавеолы ​​представляют собой инвагинации плазматической мембраны, которые привлекают белки с якорями GPI, а также богаты сфингомиелином.

Что касается холестерина

Холестерин, благодаря своей структурной жесткости, значительно влияет на структуру клеточных мембран, особенно в аспектах, связанных с текучестью, поэтому он считается важным элементом.

Поскольку сфингомиелины обладают как донорами, так и акцепторами водородных связей, считается, что они способны образовывать более «стабильные» взаимодействия с молекулами холестерина. По этой причине говорят, что существует положительная корреляция между уровнями холестерина и сфингомиелина в мембранах.

Синтез

Синтез сфингомиелина происходит в комплексе Гольджи, где церамид, транспортируемый из эндоплазматического ретикулума (ER), модифицируется переносом молекулы фосфохолина из фосфатидилхолина с сопутствующим высвобождением молекулы диацилглицерина. Реакция катализируется SM-синтазой (церамид: фосфатидилхолинфосфохолинтрансфераза).

Существует также другой путь производства сфингомиелина, который может происходить путем переноса фосфоэтаноламина от фосфатидилэтаноламина (PE) к церамиду с последующим метилированием фосфоэтаноламина. Считается, что это особенно важно для некоторых нервных тканей, богатых ПЭ.

Сфингомиелин-синтаза находится на просветной стороне мембраны комплекса Гольджи, что согласуется с экстрацитоплазматическим расположением сфингомиелина в большинстве клеток.

Из-за характеристик полярной группы сфингомиелина и очевидного отсутствия специфических транслоказ топологическая ориентация этого липида зависит от фермент-синтазы.

метаболизм

Распад сфингомиелина может происходить как в плазматической мембране, так и в лизосомах. Лизосомный гидролиз до церамида и фосфохолина зависит от кислой сфингомиелиназы, растворимого лизосомного гликопротеина, активность которого имеет оптимальный pH около 4,5.

Гидролиз в плазматической мембране катализируется сфингомиелиназой, которая работает при pH 7,4 и для работы которой требуются ионы двухвалентного магния или марганца. Другие ферменты, участвующие в метаболизме и рециркуляции сфингомиелина, обнаруживаются в различных органеллах, которые соединяются друг с другом посредством везикулярных транспортных путей.

Ссылки

1. Баренхольц, Ю., и Томпсон, Т. Е. (1999). Сфингомиелин: биофизические аспекты. Химия и физика липидов, 102, 29–34.
2. Канфер, Дж., И Хакомори, С. (1983). Биохимия сфинголипидов. (Д. Ханахан, ред.), Справочник по исследованиям липидов 3 (1-е изд.). Пленум Пресс.
3. Коваль, М., и Пагано, Р. (1991). Внутриклеточный транспорт и метаболизм сфингомиелина. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Бретчер, А., Плоег, Х., Мартин, К. (2003). Молекулярная клеточная биология (5-е изд.). Фриман, WH & Company.
5. Миллат, Г., Чих, К., Наурецкене, С., Слит, Д.Э., Фенсом, А.Х., Хигаки, К.,… Ванье, М.Т. (2001). Болезнь Ниманна-Пика, тип C: спектр мутаций HE1 и корреляции генотип / фенотип в группе NPC2. Am. J. Hum. Жене. , 69, 1013-1021.
6. Рамстедт Б. и Слотт П. (2002). Мембранные свойства сфингомиелинов. Письма FEBS, 531, 33–37.
7. Слотт, П. (1999). Взаимодействия сфингомиелина и холестерина в биологических и модельных мембранах. Химия и физика липидов, 102, 13–27.
8. Вэнс, Дж. Э., и Вэнс, Делавэр (2008). Биохимия липидов, липопротеинов и мембран. В новой всеобъемлющей биохимии, том 36 (4-е изд.). Elsevier.