Fosfatidylethanolamine structuur, biosynthese en functies



de fosfatidylethanolamine (PE) is een glycerofosfolipide dat overvloedig voorkomt in de plasmamembranen van prokaryote organismen. Integendeel, in eukaryotische celmembranen is dit het tweede meest voorkomende glycerofosfolipide aan de binnenkant van het plasmamembraan na fosfatidylcholine.

Ondanks de overvloed aan fosfatidylethanolamine hangt de abundantie ervan niet alleen af ​​van het celtype maar ook van het compartiment en de specifieke cellevenscyclus die in aanmerking wordt genomen.

Biologische membranen zijn barrières die cellulaire organismen definiëren. Ze hebben niet alleen bescherming en isolatiefuncties, maar ze zijn ook van cruciaal belang voor de vestiging van eiwitten die een hydrofobe omgeving nodig hebben voor optimaal functioneren.

Zowel eukaryoten als prokaryoten hebben membranen die voornamelijk zijn samengesteld uit glycerofosfolipiden en in mindere mate sphingolipiden en sterolen..

De glycerofosfolipiden zijn amfipathische moleculen gestructureerd op een skelet van L-glycerol dat is veresterd op posities sn-1 en sn-2 door twee vetzuren met variërende lengte en mate van verzadiging. In de hydroxyl van positie wordt sn-3 veresterd door een fosfaatgroep, die op zijn beurt kan worden verbonden met verschillende soorten moleculen die aanleiding geven tot de verschillende klassen van glycerofosfolipiden.

zijn er een verscheidenheid van glycerofosfolipiden in de mobiele wereld, maar de meest voorkomende zijn fosfatidylcholine (PC), fosfatidylethanolamine (PE), fosfatidylserine (PS), fosfatidylinositol (PI), fosfatidinezuur (PA), fosfatidylglycerol (PG) en cardiolipin (CL).

index

  • 1 structuur
  • 2 Biosynthese
    • 2.1 Kennedy-route
    • 2.2 PSD-pad
  • 3 functies
  • 4 Referenties

structuur

De structuur van fosfatidylethanolamine werd ontdekt door Baer et al in 1952. Zoals experimenteel bepaald voor glycerofosfolipiden, fosfatidylethanolamine omvat een molecuul veresterd glycerol bij sn-1 positie en sn-2 met zuurketens vetzuren met tussen 16 en 20 koolstofatomen.

De vetzuren veresterd op de sn-1 hydroxyl algemeen verzadigd (geen dubbele bindingen) met een lengte van 18 koolstofatomen, terwijl de kettingen bevestigd op de sn-2 positie van groter lengte en één of meer onverzadigingen ( dubbele links).

De mate van verzadiging van deze ketens draagt ​​bij aan de elasticiteit van het membraan, wat een grote invloed heeft op de insertie en sekwestratie van eiwitten in de dubbellaag..

Fosfatidylethanolamine wordt als een niet-lamellair glycerofosfolipide beschouwd, omdat het een conische geometrische vorm heeft. Deze vorm wordt gegeven door de kleine omvang van zijn polaire groep of "kop", in relatie tot de ketens van vetzuren die de hydrofobe "staarten" vormen.

De "kop" of polaire groep van het fosfatidylethanolamine heeft een zwitterionisch karakter, dat wil zeggen dat het groepen bevat die positief en negatief geladen kunnen zijn onder bepaalde pH-omstandigheden..

Met deze functie kunt u waterstofbruggen tot stand brengen met een grote hoeveelheid aminozuurresiduen en is hun ladingsverdeling een essentiële bepalende factor voor de topologie van de domeinen van veel integrale membraaneiwitten.

biosynthese

In de eukaryote cellen is de synthese van structurele lipiden geografisch beperkt, zijnde de belangrijkste plaats van biosynthese het endoplasmatisch reticulum (ER) en in mindere mate het Golgi-apparaat.

Er zijn vier onafhankelijke biosyntheseroutes voor de productie van fosfatidylethanolamine: (1) de CDP-ethanolamineroute, ook bekend als de Kennedy-route; (2) de PSD-route voor de decarboxylatie van fosfatidylserine (PS); (3) de acylatie van lyso-PE en (4) de baseveranderingsreacties van de polaire groep van andere glycerofosfolipiden.

Kennedy Route

De biosynthese van fosfatidylethanolamine langs deze weg is beperkt tot ER en er is aangetoond dat het in hamsterlevercellen de belangrijkste productieroute is. Het bestaat uit drie opeenvolgende enzymatische stappen die worden gekatalyseerd door drie verschillende enzymen.

In de eerste stap worden fosfoethanolamine en ADP geproduceerd door de werking van ethanolamine-kinase, dat de ATP-afhankelijke fosforylering van ethanolamine katalyseert.

In tegenstelling tot planten zijn noch zoogdieren noch gisten in staat om dit substraat te produceren, dus moet het worden geconsumeerd in het dieet of worden verkregen uit de afbraak van reeds bestaande fosfatidylethanolamine- of sfingosinemoleculen..

Fosfoethanolamine wordt gebruikt door CTP: fosfoethanolamine cytidyltransferase (ET) om de hoog-energieke verbinding CDP te vormen: ethanolamine en een anorganisch fosfaat.

1,2-diacylglycerol ethanolamine fosfotransferase (ETP) wordt de energie in de CDP-ethanolamine covalent binden aan een molecuul ethanolamine diacylglycerol voegen in het membraan, waardoor fosfatidylethanolamine.

PSD-route

Deze route werkt zowel in prokaryoten als in gisten en zoogdieren. In bacteriën komt het voor in het plasmamembraan, maar in eukaryoten vindt het plaats in een gebied van het endoplasmatisch reticulum dat een nauwe relatie heeft met het mitochondriale membraan.

Bij zoogdieren wordt de route gekatalyseerd door een enkel enzym, fosfatidylserine-decarboxylase (PSD1p), dat is ingebed in het mitochondriale membraan, waarvan het gen wordt gecodeerd door de kern. De reactie omvat de decarboxylatie van PS aan fosfatidylethanolamine.

De overige twee routes (lyso-PE acylering en uitwisseling calciumafhankelijke polaire groep) komen in het endoplasmatisch reticulum, maar niet significant bij aan de totale productie van fosfatidylethanolamine in eukaryotische cellen.

functies

Glycerofosfolipiden hebben drie hoofdfuncties in de cel, waaronder structurele functies, energieopslag en celsignalering..

Fosfatidylethanolamine is geassocieerd met de verankering, stabilisatie en vouwing van meerdere membraaneiwitten, evenals de conformationele veranderingen die nodig zijn voor het functioneren van vele enzymen.

Het experimenteel bewijs suggereert een fosfatidylethanolamine als cruciaal glycerofosfolipide in het late stadium van telofase, tijdens de vorming van de contractiele ring oprichting fragmoplasto waardoor membraan scheiding van de twee dochtercellen.

Het heeft ook een belangrijke functie in alle processen van fusie en fissie (vereniging en scheiding) van de membranen van zowel het endoplasmatisch reticulum als het Golgi-apparaat..

In E. coli is bewezen dat fosfatidylethanolamine noodzakelijk is voor de juiste vouwing en functie van het enzym lactose-permease, dus er is gesuggereerd dat het een rol van moleculaire "chaperonne" heeft.

Fosfatidylethanolamine is de belangrijkste donor van het ethanolaminemolecuul dat nodig is voor post-translationele modificatie van talrijke eiwitten, zoals GPI-ankers..

Dit glycerofosfolipide is de voorloper van talrijke moleculen met enzymatische activiteit. Bovendien kunnen moleculen die zijn afgeleid van het metabolisme ervan, evenals diacylglycerol, fosfatidezuur en sommige vetzuren, als tweede boodschappers werken. Bovendien is het een belangrijk substraat voor de productie van fosfatidylcholine.

referenties

  1. Brouwers, J.F. H.M., Vernooij, E.A. A.M., Tielens, A.G. M., & van Golde, L.M.G. (1999). Snelle scheiding en identificatie van fosfatidylethanolamine moleculaire soorten. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Hersteld van jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Fosfatidylethanolamine geproduceerd in het binnenste mitochondriale membraan is essentieel voor gistcytochroom bc1-complexfunctie 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Fosfatidylethanolamine Metabolisme in gezondheid en ziekte. Internationale evaluatie van cel- en moleculaire biologie (deel 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T.K. (2010). De Kennedy-route - de novo-synthese van fosfatidylethanolamine en fosfatidylcholine. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). De diversiteit van de membraanlipidensamenstelling begrijpen. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambrudge University Press. Opgehaald van cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R.D., & Marsh, D. (1984). Röntgendiffractiestudie van het polymorfisme van gehydrateerde diacyl- en dialkylfosfatidylethanolaminen. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Ondersteunde lipide-dubbellagen met fosfatidylethanolamine als de belangrijkste component. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D.R., en Feignenson, G.W. (2008). Membraanlipiden: waar ze zijn en hoe ze zich gedragen. Nature Reviews, 9, 112-124.
  10. Vance, J.E. (2003). Moleculaire en celbiologie van fosfatidylserine en fosfatidylethanolamine Metabolisme. In K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (pp. 69-111). Academische pers.
  11. Vance, J.E. (2008). Fosfatidylserine en fosfatidylethanolamine in zoogdiercellen: twee metabolisch verwante aminofosfolipiden. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J.E., & Tasseva, G. (2013). Vorming en functie van fosfatidylserine en fosfatidylethanolamine in zoogdiercellen. Biochimica et Biophysica Acta - Moleculaire en celbiologie van lipiden, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Fosfatidylethanolamine-N-methyltransferaseactiviteit en dieetcholine reguleren lever-plasma lipide-flux en essentieel vetzuurmetabolisme bij muizen. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.