Фосфатидилэтаноламин (ПЭ) представляет собой глицерофосфолипид abundande в плазматических мембранах прокариот. Напротив, в мембранах эукариотических клеток это второй по распространенности глицерофосфолипид на внутренней стороне плазматической мембраны после фосфатидилхолина.
Несмотря на обилие фосфатидилэтаноламина, его количество зависит не только от типа клетки, но также от компартмента и момента рассматриваемого конкретного жизненного цикла клетки.
Молекула фосфатидилэтаноламина
Биологические мембраны - это барьеры, которые определяют клеточные организмы. Они не только выполняют функции защиты и изоляции, но также играют ключевую роль в создании белков, которым требуется гидрофобная среда для их оптимального функционирования.
И эукариоты, и прокариоты имеют мембраны, состоящие в основном из глицерофосфолипидов и, в меньшей степени, из сфинголипидов и стеринов.
Глицерофосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы, структурированные на основной цепи L-глицерина, которая этерифицируется в положениях sn-1 и sn-2 двумя жирными кислотами разной длины и степени насыщения. В гидроксиле в положении sn-3 он этерифицирован фосфатной группой, к которой, в свою очередь, могут быть присоединены различные типы молекул, дающие начало различным классам глицерофосфолипидов.
В клеточном мире существует большое разнообразие глицерофосфолипидов, однако наиболее распространенными являются фосфатидилхолин (PC), фосфатидилэтаноламин (PE), фосфатидилсерин (PS), фосфатидилинозитол (PI), фосфатидная кислота (PA), фосфатидилгликоль (PG). кардиолипин (CL).
Структура
Структура фосфатидилэтаноламина была открыта Бэром и др. В 1952 году. Как было установлено экспериментально для всех глицерофосфолипидов, фосфатидилэтаноламин состоит из молекулы глицерина, этерифицированной в положениях sn-1 и sn-2 с кислотными цепями. жирный, содержащий от 16 до 20 атомов углерода.
Жирные кислоты, этерифицированные гидроксилом sn-1, обычно являются насыщенными (без двойных связей) с максимальной длиной 18 атомов углерода, в то время как цепи, связанные в положении sn-2, длиннее и с одной или несколькими ненасыщенностью ( двойные связи).
Степень насыщения этих цепей способствует эластичности мембраны, которая оказывает большое влияние на внедрение и секвестрацию белков в бислой.
Фосфатидилэтаноламин считается неламеллярным глицерофосфолипидом, так как имеет коническую геометрическую форму. Эта форма определяется небольшим размером его полярной группы или «головы» по сравнению с размером цепей жирных кислот, которые составляют гидрофобные «хвосты».
«Головная» или полярная группа фосфатидилэтаноламина имеет цвиттерионный характер, то есть имеет группы, которые могут быть положительно и отрицательно заряженными при определенных условиях pH.
Эта характеристика позволяет ему образовывать водородную связь с большим количеством аминокислотных остатков, и его распределение заряда является важным фактором, определяющим топологию домена многих интегральных мембранных белков.
Биосинтез
В эукариотических клетках синтез структурных липидов географически ограничен, основным местом биосинтеза является эндоплазматический ретикулум (ЭР) и, в меньшей степени, аппарат Гольджи.
Существует четыре независимых пути биосинтеза для производства фосфатидилэтаноламина: (1) путь ЦДФ-этаноламин, также известный как путь Кеннеди; (2) путь PSD декарбоксилирования фосфатидилсерина (PS); (3) реакции ацилирования лизо-PE и (4) реакции изменения основания полярной группы других глицерофосфолипидов.
Kennedy Route
Биосинтез фосфатидилэтаноламина этим путем ограничен ER, и было показано, что в клетках печени хомяка это основной путь производства. Он состоит из трех последовательных ферментативных стадий, катализируемых тремя разными ферментами.
На первом этапе фосфоэтаноламин и АДФ продуцируются благодаря действию этаноламинкиназы, которая катализирует АТФ-зависимое фосфорилирование этаноламина.
В отличие от растений, ни млекопитающие, ни дрожжи не способны продуцировать этот субстрат, поэтому его необходимо употреблять с пищей или получать в результате разложения уже существующих молекул фосфатидилэтаноламина или сфингозина.
Фосфоэтаноламин используется CTP: фосфоэтаноламинцитидилтрансферазой (ET) для образования высокоэнергетического соединения CDP: этаноламина и неорганического фосфата.
1,2-Диацилглицеринэтаноламинфосфотрансфераза (ETP) использует энергию, содержащуюся в связи CDP-этаноламин, для ковалентного связывания этаноламина с встроенной в мембрану молекулой диацилглицерина, в результате чего образуется фосфатидилэтаноламин.
Маршрут PSD
Этот путь действует как у прокариот, так и у дрожжей и млекопитающих. У бактерий это происходит в плазматической мембране, но у эукариот это происходит в области эндоплазматического ретикулума, которая тесно связана с митохондриальной мембраной.
У млекопитающих этот путь катализируется одним ферментом, фосфатидилсерин декарбоксилазой (PSD1p), который встроен в митохондриальную мембрану, ген которой кодируется ядром. Реакция включает декарбоксилирование PS до фосфатидилэтаноламина.
Остальные два пути (PE-лизоацилирование и зависимый от полярных групп обмен кальция) происходят в эндоплазматическом ретикулуме, но не вносят значительного вклада в общую продукцию фосфатидилэтаноламина в эукариотических клетках.
Характеристики
Глицерофосфолипиды выполняют в клетке три основные функции, среди которых выделяются структурные функции, накопление энергии и передача клеточных сигналов.
Фосфатидилэтаноламин связан с закреплением, стабилизацией и сворачиванием множества мембранных белков, а также с конформационными изменениями, необходимыми для функционирования многих ферментов.
Имеются экспериментальные данные, которые предполагают, что фосфатидилэтаноламин является важнейшим глицерофосфолипидом на поздней стадии телофазы, во время образования сократительного кольца и образования фрагмопласта, который позволяет делить мембрану двух дочерних клеток.
Он также играет важную роль во всех процессах слияния и деления (соединения и разделения) мембран как эндоплазматического ретикулума, так и аппарата Гольджи.
У E. coli было показано, что фосфатидилэтаноламин необходим для правильной укладки и функции фермента лактозопермеазы, поэтому было высказано предположение, что он играет роль молекулярного «шаперона».
Фосфатидилэтаноламин является основным донором молекулы этаноламина, необходимой для посттрансляционной модификации многих белков, таких как якоря GPI.
Этот глицерофосфолипид является предшественником множества молекул с ферментативной активностью. Кроме того, молекулы, полученные в результате его метаболизма, а также диацилглицерин, фосфатидная кислота и некоторые жирные кислоты могут действовать как вторичные посредники. Кроме того, это важный субстрат для производства фосфатидилхолина.
Ссылки
- Брауэрс, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, и ван Голд, LMG (1999). Быстрое разделение и идентификация молекулярных форм фосфатидилэтаноламина. Журнал исследований липидов, 40 (1), 164–169. Восстановлено с jlr.org
- Кальсада, Э., Маккаффери, Дж. М., и Клейпул, С. М. (2018). Фосфатидилэтаноламин, продуцируемый внутренней митохондриальной мембраной, необходим для функции дрожжевого комплекса цитохрома bc1 3. BioRxiv, 1, 46.
- Кальсада, Э., Онгука, О., и Клейпул, С.М. (2016). Метаболизм фосфатидилэтаноламина при здоровье и болезнях. Международный обзор клеточной и молекулярной биологии (том 321). Elsevier Inc.
- Гибеллини Ф. и Смит Т.К. (2010). Путь Кеннеди - синтез de novo фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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 Камбруджского университета. Восстановлено с cambrudge.org
- Седдон, Дж. М., Севк, Г., Кэй, Р. Д., и Марш, Д. (1984). Рентгеноструктурное исследование полиморфизма гидратированных диацил- и диалкилфосфатидилэтаноламинов. Биохимия, 23 (12), 2634-2644.
- Сендеки, А.М., Пойтон, М.Ф., Бакстер, А.Дж., Янг, Т., и Кремер, П.С. (2017). Поддерживаемые липидные бислои с фосфатидилэтаноламином в качестве основного компонента. Ленгмюр, 33 (46), 13423–13429.
- ван Меер, Г., Фелькер, Д. Р. и Фейгненсон, Г. В. (2008). Мембранные липиды: где они и как ведут себя. Обзоры природы, 9, 112-124.
- Вэнс, Дж. Э. (2003). Молекулярная и клеточная биология метаболизма фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина. В К. Молдаве (ред.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (стр. 69-111). Академическая пресса.
- Вэнс, Дж. Э. (2008). Фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин в клетках млекопитающих: два метаболически связанных аминофосфолипида. Журнал исследований липидов, 49 (7), 1377-1387.
- Вэнс, Дж. Э., и Тасева, Г. (2013). Образование и функция фосфатидилсерина и фосфатидилэтаноламина в клетках млекопитающих. Biochimica et Biophysica Acta - Молекулярная и клеточная биология липидов, 1831 (3), 543–554.
- Уоткинс, С.М., Чжу, X., & Zeisel, SH (2003). Активность фосфатидилэтаноламин-N-метилтрансферазы и диетический холин регулируют поток липидов в плазме печени и метаболизм незаменимых жирных кислот у мышей. Журнал питания, 133 (11), 3386–3391.