СФІНГОМІЄЛІН: СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, СИНТЕЗ ТА ОБМІН РЕЧОВИН - БІОЛОГІЯ - 2025

Сфінгоміеліна є найбільш поширеними Сфинголипидами в тканинах тварин: як відомо, відбувається у всіх вивчених клітинних мембранах на сьогоднішній день. Він має структурну схожість з фосфатидилхоліном за полярною групою голови, тому його також класифікують як фосфоліпід (фосфосфінголіпід).

У 1880-х роках вчений Йоганн Тюдіхум виділив ефірнорозчинний ліпідний компонент з тканини мозку і назвав його сфінгомієліном. Пізніше, у 1927 р., Про структуру цього сфінголіпіду повідомляли як N-ацил-сфінгозин-1-фосфохолін.

Структура сфінгомієліну (Джерело: Jag123 в Англійській Вікіпедії, через Wikimedia Commons)

Як і інші сфінголіпіди, сфінгомієлін виконує як структурну, так і клітинну сигнальну функцію, і особливо рясний у нервових тканинах, зокрема мієліні, оболонці, яка охоплює та ізолює аксони певних нейронів.

Її розподіл було вивчено за допомогою експериментів з фракціонуванням міжклітинами та ферментативною деградацією зі сфінгомієліназами, і результати показують, що більше половини сфінгомієліну в еукаріотичних клітинах знаходиться у плазматичній мембрані. Однак це залежить від типу клітини. Наприклад, у фібробластах він становить майже 90% від загальної кількості ліпідів.

Порушення регулювання процесів синтезу та обміну цього ліпіду призводить до розвитку складних патологій або ліпідідозу. Прикладом цього є спадкова хвороба Німана-Піка, що характеризується гепатоспленомегалією та прогресуючою неврологічною дисфункцією.

Будова

Сфінгомієлін - це амфіпатична молекула, що складається з полярної головки та двох аполярних хвостів. Група полярних голів - це молекула фосфохоліну, тому вона може виявлятися схожою на гліцерофосфоліпід фосфатидилхолін (ПК). Однак існують істотні відмінності щодо міжфазної та гідрофобної області між цими двома молекулами.

Найпоширенішою основою молекули сфінгомієліну ссавців є церамід, що складається з сфінгозину (1,3-дигідрокси-2-аміно-4-октадецена), який має транс-подвійну зв'язок між вуглецями в положеннях 4 і 5 вуглеводневої ланцюга. Його насичене похідне, сфінганін, також поширене, але зустрічається в меншій мірі.

Довжина гідрофобних хвостів сфінгомієліну коливається від 16 до 24 атомів вуглецю, а склад жирних кислот змінюється в залежності від тканини.

Наприклад, сфінгомієліни в білій речовині людського мозку мають нервову кислоту, ті, що містяться в сірій речовині, містять переважно стеаринову кислоту, а поширена форма в тромбоцитах - арахідонат.

Взагалі існує велика невідповідність між двома ланцюгами жирних кислот сфінгомієліну, що, здається, сприяє явища "перерозподілу" між вуглеводнями в протилежних моношарах. Це надає мембрані особливу стійкість і особливі властивості порівняно з іншими мембранами, які біднішими в цьому сфінголіпіді.

У міжфазній області молекули сфінгомієлін має амідну групу та вільний гідроксил на вуглеці 3, які можуть служити донорами водневих зв’язків та акцепторами для внутрішньо- та міжмолекулярних зв’язків, важливих у визначенні побічних доменів та взаємодії. з різними типами молекул.

Особливості

-Сигналізація

Продукти метаболізму сфінгозину - церамід, сфінгозин, сфінгозин 1-фосфат і діацилгліцерол - є важливими клітинними ефекторами і надають йому роль у численних клітинних функціях, таких як апоптоз, розвиток і старіння, сигналізація клітин.

-Структура

Завдяки тривимірній «циліндричній» структурі сфінгомієліну цей ліпід може утворювати більш компактні та упорядковані мембранні домени, що має важливі функціональні наслідки з точки зору білка, оскільки може встановлювати специфічні домени для деяких цілісних мембранних білків.

У ліпідних «плотах» і кавеолах

Ліпідні плоти, мембранні фази або упорядковані мікродомени сфінголіпідів, такі як сфінгомієлін, деякі гліцерофосфоліпіди та холестерин, являють собою стабільні платформи для асоціації мембранних білків з різними функціями (рецептори, транспортери тощо).

Кавеоли - це інвагінації плазматичної мембрани, які набирають білки з якорями GPI, а також багаті сфінгомієліном.

Щодо холестерину

Холестерин, завдяки своїй структурній жорсткості, істотно впливає на структуру клітинних мембран, особливо в аспектах, пов'язаних з плинністю, саме тому він вважається важливим елементом.

Оскільки сфінгомієліни мають як донори водневих зв’язків, так і акцептори, вважається, що вони здатні утворювати більш "стабільні" взаємодії з молекулами холестерину. З цієї причини говорять про позитивну кореляцію між рівнями холестерину та сфінгомієліну в мембранах.

Синтез

Синтез сфінгомієліну відбувається в комплексі Гольджі, де керамід, що транспортується з ендоплазматичного ретикулуму (ЕР), модифікується переносом молекули фосфохоліну з фосфатидилхоліну із супутнім вивільненням молекули діацилгліцерину. Реакція каталізується синтазою SM (церамід: фосфатидилхолін фосфохолінова трансфераза).

Існує також інший шлях до отримання сфінгомієліну, який може відбутися шляхом перенесення фосфоетаноламіну з фосфатидилетаноламіну (РЕ) до кераміду з подальшим метилюванням фосфоетаноламіну. Це вважається особливо важливим у деяких нервових тканинах, багатих на ПЕ.

Сфінгомієлінова синтаза виявляється на люмінальній стороні комплексної мембрани Гольджі, що відповідає екстрацитоплазматичному розташуванню сфінгомієліну у більшості клітин.

Через особливості полярної групи сфінгомієліну та очевидну відсутність специфічних транслоказ топологічна орієнтація цього ліпіду залежить від ферменту синтази.

Метаболізм

Деградація сфінгомієліну може відбуватися як у плазматичній мембрані, так і в лізосомах. Лізосомальний гідроліз до сераміду та фосфохоліну залежить від кислої сфінгоміелінази, розчинного лізосомального глікопротеїну, активність якого має оптимальну величину pH приблизно 4,5.

Гідроліз в плазматичній мембрані каталізується сфінгоміеліназою, яка працює при рН 7,4 і для її роботи потрібні двовалентні іони магнію або марганцю. Інші ферменти, що беруть участь у метаболізмі та рециркуляції сфінгомієліну, знаходяться в різних органелах, які з'єднуються між собою через везикулярні транспортні шляхи.

Список літератури

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Сфінгомієлін: біофізичні аспекти. Хімія та фізика ліпідів, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Сфінголіпідна біохімія. (Д. Ханахан, - ред.), Посібник з досліджень ліпідів 3 (1-е видання). Пленум Прес.
3. Коваль, М., Пагано, Р. (1991). Внутрішньоклітинний транспорт і метаболізм сфінгомієліну. Біохімічний, 1082, 113-125.
4. Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Мартін, К. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е видання). Фрімен, WH & Company.
5. Міллат, Г., Чіх, К., Науреккієне, С., Слєт, DE, Fensom, AH, Хігакі, К.,… Ваньє, МТ (2001). Хвороба Німана-Піка типу С: Спектр мутацій HE1 та кореляції генотипу / фенотипу в групі NPC2. Am. J. Hum. Генет. , 69, 1013-1021.
6. Рамстедт, Б., і Слотт, П. (2002). Мембранні властивості сфінгомієлінів. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Сфінгомієлін - взаємодія холестерину в біологічних і модельних мембранах. Хімія та фізика ліпідів, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Біохімія ліпідів, ліпопротеїнів і мембран. У новій всебічній біохімії, т. 36 (4-е видання). Ельзев'є.