Кардіоліпіну, також відома як diphosphatidylglycerol, являє собою сімейство ліпідних glicerofosfolípidos і група poliglicerofosfolípidos. Він міститься в мітохондріальній мембрані еукаріотичних організмів, у плазматичній мембрані багатьох бактерій, а також у деяких археях.
Це було виявлено Пангборном у 1942 р. З аналізу мембранних ліпідів серцевої тканини великої рогатої худоби. Його структура була запропонована в 1956 році, а хімічний синтез відбувся приблизно через 10 років.
Структура кардіоліпіну (Джерело: Edgar181 через Wikimedia Commons)
Деякі автори вважають, що його присутність обмежена мембранами, що продукують АТФ, наприклад, у випадку мітохондрій еукаріотів, плазматичних мембран у бактеріях та гідрогеном (мітохондріальних органел) у певних протістах.
Той факт, що кардіоліпін міститься в мітохондріях і в плазматичній мембрані бактерій, використовувався для зміцнення основ ендосимбіотичної теорії, яка стверджує, що мітохондрії виникли в клітинах-попередниках еукаріотів фагоцитозом бактерії, яка тоді він став залежним від клітини і навпаки.
Його біосинтетичний шлях у тварин був описаний між 1970 та 1972 роками, і пізніше було показано, що це той самий шлях, який відбувається у рослин, дріжджів, грибів та безхребетних. Це не дуже рясний ліпід, але клітини вимагають, щоб він працював належним чином.
Важливість цього фосфоліпіду для мітохондрій і, отже, для клітинного метаболізму очевидна, коли несправність метаболічних шляхів, пов'язаних з ним, спричиняє патологію людини, відому як синдром Барта (кардіо-скелетна міопатія).
Будова
Кардіоліпін або дифосфатидилгліцерин складається з двох молекул фосфатидової кислоти (найпростішого фосфоліпіду), пов'язаних між собою через молекулу гліцерину.
Фосфатидова кислота, одне із поширених проміжних продуктів біосинтетичних шляхів інших фосфоліпідів, складається з 3-фосфатної молекули гліцерину, до якої два ланцюги жирних кислот стерифікуються в положеннях вуглецю 1 і 2, так він також відомий як 1,2-діацилгліцерин 3-фосфат.
Отже, кардіоліпін складається з трьох молекул гліцерину: центрального гліцерину, приєднаного до фосфатної групи на вуглеці 1, іншої фосфатної групи у вуглеці 3 та гідроксильної групи на вуглеці 2; і два "бічних" гліцерини.
Дві "бічні" молекули гліцерину приєднані до центральної молекули "мостами гліцерину" через їхні вуглеці в положенні 3. На вуглеці в позиціях 1 і 2 етерифікуються дві ланцюги жирної кислоти довжиною і насиченням. змінна.
Кардіоліпін - це ліпід, який може або не може утворювати двошарові, залежно від наявності або відсутності двовалентних катіонів. Це пов’язано з тим, що це симетрична молекула, що робить її важливою у мембранах, які відповідають за процеси переносу енергії.
Як і інші ліпіди групи полігліцерофосфоліпідів, кардіоліпін має кілька гідроксильних груп, які можуть служити для зв’язування жирних кислот. Тому він має кілька позиційних стереоізомерів.
Ваші жирні кислоти
Різні дослідження встановили, що жирні кислоти, приєднані до бічних молекул гліцерину кардіоліпіну, як правило, ненасичені, але ступінь ненасиченості не визначається.
Так, такі жирні кислоти можуть становити 14-22 вуглецю в довжину і 0-6 подвійних зв’язків. Це та той факт, що кардіоліпін має чотири пов'язані молекули жирних кислот, означає, що цього фосфоліпіду може бути декілька змінних та комбінацій.
Синтез
Біосинтез кардіоліпіну, як і слід було очікувати, починається з синтезу фосфатидної кислоти або 1,2-діацилгліцерину 3-фосфату з 3-фосфату гліцерину та жирних кислот. Цей процес відбувається в мітохондріях еукаріотів і в плазматичній мембрані бактерій.
Синтез в еукаріот
Після утворення фосфатидова кислота реагує з високоенергетичною молекулою, аналогічною АТФ: CTP. Потім утворюється проміжний, також високоенергетичний, відомий як фосфатидил-CMP. Активована фосфатидильна група переноситься в гідроксильну групу в положенні С1 центральної молекули гліцерину, яка служить основою.
Цей процес призводить до отримання молекули фосфатидилгліцерофосфату, яка гідролізується, отримуючи фосфатидилгліцерол. При цьому отримується ще одна фосфатидильна група, активована з іншої молекули фосфатидил-CMP, реакція, каталізована фосфатидилтрансферазою, також відома як кардіоліпін-синтаза.
Фермент кардіоліпін-синтаза знаходиться у внутрішній мітохондріальній мембрані і, схоже, утворює великий комплекс, принаймні у дріжджах. Його ген експресується у великій кількості в тканинах, багатих мітохондріями, такими як серце, печінка та скелетний м’яз хребетних.
Регуляція його активності значною мірою залежить від тих же факторів транскрипції та ендокринних факторів, які модулюють біогенез мітохондрій.
Після синтезу у внутрішній мітохондріальній мембрані кардіоліпін повинен бути переміщений у напрямку до зовнішньої мітохондріальної мембрани, щоб у мембрані відбувався ряд топологічних процесів, а в ній розміщувалися інші структурні елементи.
Синтез у прокаріоти
Вміст кардіоліпіну в бактеріях може бути дуже мінливим і залежить головним чином від фізіологічного стану клітин: він зазвичай менш рясний у фазі експоненціального росту і більш рясний, коли відбувається його зниження (наприклад, у стаціонарній фазі).
Його біосинтетичний шлях може бути спровокований різними стресовими стимулами, такими як дефіцит енергії або осмотичний стрес.
До утворення фосфатидилгліцерину процес у еукаріотів і прокаріотів рівнозначний, але в прокаріоти фосфатидилгліцерин отримує шляхом переетерифікації фосфатидильну групу з іншої молекули фосфатидилгліцерину. Ця реакція каталізується ферментом D-типу фосфоліпази D, також відомим як кардіоліпін-синтаза.
Ця реакція відома як реакція «трансфосфатидилювання» (від англ. «Трансфосфатидилювання»), де один із фосфатидилгліцеролів виступає донором фосфатидильної групи, а другий - акцептором.
Особливості
Фізичні характеристики молекул кардіоліпіну, очевидно, дозволяють певні взаємодії, які відіграють важливу роль у структурній організації мембран, де вони знаходяться.
Серед цих функцій - дискримінація деяких мембранних доменів, взаємодія або «кросовер» з трансмембранними білками або їх субдоменами, серед інших.
Завдяки своїм фізико-хімічним характеристикам кардіоліпін визнаний ліпідом, який не утворює двошарових, але функцією якого може бути стабілізація та «розміщення» трансмембранних білків у ліпідних шарах.
Його електричні характеристики, зокрема, надають йому функцій в процесах передачі протонів, що відбуваються в мітохондріях.
Хоча клітини можуть вижити без цього фосфоліпіду, деякі дослідження визначили, що він необхідний для їх оптимального функціонування.
Список літератури
- Хараяма, Т., і Різман, Х. (2018). Розуміння різноманітності мембранного ліпідного складу. Огляди природи Молекулярна клітинна біологія, 19 (5), 281–296.
- Люккей, М. (2008). Мембранна структурна біологія: з біохімічними та біофізичними основами. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Ілюстрована біохімія Харпера (28 вид.). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Мембранні ліпіди: де вони є і як вони поводяться. Огляди природи, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Біохімія ліпідів, ліпопротеїнів і мембран. У новій всебічній біохімії, т. 36 (4-е видання). Ельзев'є.