Фосфатіділетаноламін (ПЕ) являє собою гліцерофосфоліпіди abundande в плазматичних мембранах прокариот. Навпаки, в клітинах мембран еукаріотиків це другий за поширеністю гліцерофосфоліпід на внутрішній стороні плазматичної мембрани після фосфатидилхоліну.
Незважаючи на велику кількість фосфатидилетаноламіну, його кількість залежить не тільки від типу клітини, але і відсіку та моменту конкретного життєвого циклу клітини, який розглядається.
Молекула фосфатидилетаноламіну
Біологічні мембрани - це бар'єри, що визначають клітинні організми. Вони мають не лише функції захисту та ізоляції, але також є ключовими для створення білків, які потребують гідрофобного середовища для їх оптимального функціонування.
І еукаріоти, і прокаріоти мають мембрани, що складаються переважно з гліцерофосфоліпідів і меншою мірою - сфінголіпіди та стероли.
Гліцерофосфоліпіди - це амфіпатичні молекули, структуровані на магістралі L-гліцерину, який етерифікують у положеннях sn-1 та sn-2 двома жирними кислотами різної довжини та ступеня насичення. У гідроксилі положення sn-3 він етерифікується фосфатною групою, до якої, в свою чергу, можуть бути приєднані різні типи молекул, що призводять до різних класів гліцерофосфоліпідів.
У клітинному світі існує велика різноманітність гліцерофосфоліпідів, однак найбільш поширеними є фосфатидилхолін (ПК), фосфатидилетаноламін (РЕ), фосфатидилсерин (ПС), фосфатиділіносітол (ПІ), фосфатидова кислота (ПГ), фосфатиліл (фосфатиліл) кардіоліпін (CL).
Будова
Структура фосфатидилетаноламіну була виявлена Baer et al. У 1952 р. Як було експериментально визначено для всіх гліцерофосфоліпідів, фосфатидилетаноламін складається з молекули гліцерину, етерифікованої в положеннях sn-1 і sn-2 з кислотними ланцюгами. жиру з 16 до 20 атомами вуглецю.
Жирні кислоти, етерифіковані в гідроксилі sn-1, як правило, насичені (без подвійних зв'язків) з максимальною довжиною 18 атомів вуглецю, тоді як ланцюги, пов'язані в положенні sn-2, довші і мають одну або більше ненасичень ( подвійні зв’язки).
Ступінь насичення цих ланцюгів сприяє еластичності мембрани, що має великий вплив на введення та секвестрацію білків у двошаровий.
Фосфатидилетаноламін вважається нешаровим гліцерофосфоліпідом, оскільки він має конічну геометричну форму. Ця форма надається невеликим розміром її полярної групи або «голови», по відношенню до ланцюгів жирних кислот, що містять гідрофобні «хвости».
"Голова" або полярна група фосфатидилетаноламіну має цвітертіонічний характер, тобто має групи, які можуть бути позитивно і негативно заряджені при певних умовах рН.
Ця характеристика дає змогу водневому зв’язку з великою кількістю амінокислотних залишків, і його розподіл заряду є важливим визначальним фактором для топології домену багатьох білків інтегральної мембрани.
Біосинтез
В еукаріотичних клітинах синтез структурних ліпідів географічно обмежений, основним місцем біосинтезу є ендоплазматичний ретикулум (ЕР) і меншою мірою апарат Гольджі.
Існують чотири незалежні біосинтетичні шляхи отримання фосфатидилетаноламіну: (1) Шлях CDP-етаноламіну, також відомий як шлях Кеннеді; (2) шлях PSD для декарбоксилювання фосфатидилсерину (PS); (3) ацилювання лізо-ПЕ та (4) реакції зміни підстави полярної групи інших гліцерофосфоліпідів.
Маршрут Кеннеді
Біосинтез фосфатидилетаноламіну цим способом обмежений ЕР, і було показано, що в клітинах печінки хом'яка це основний шлях виробництва. Він складається з трьох послідовних ферментативних стадій, каталізованих трьома різними ферментами.
На першому етапі фосфоетаноламін та АДФ виробляються завдяки дії етаноламінакінази, яка каталізує залежне від АТФ фосфорилювання етаноламіну.
На відміну від рослин, ні ссавці, ні дріжджі не здатні виробляти цей субстрат, тому його потрібно вживати в їжу або отримувати в результаті деградації раніше існуючих молекул фосфатидилетаноламіну або сфінгозину.
Фосфоэтаноламін використовується CTP: фосфоэтаноламін цитидилтрансфераза (ET) для утворення високоенергетичної сполуки CDP: етаноламіну та неорганічного фосфату.
1,2-Діацилгліцерол етаноламінфосфотрансфераза (ETP) використовує енергію, що міститься у зв'язку CDP-етаноламіну, для ковалентного зв’язування етаноламіну з молекулою діацилгліцерину, введеної в мембрану, приводячи до фосфатидилетаноламіну.
Маршрут PSD
Цей маршрут діє як у прокаріотів, так і у дріжджів та ссавців. У бактерій він зустрічається в плазматичній мембрані, але у еукаріотів виникає в області ендоплазматичного ретикулума, яка тісно пов'язана з мітохондріальною мембраною.
У ссавців шлях каталізується єдиним ферментом фосфатидилсериндекарбоксилазою (PSD1p), який вбудований у мітохондріальну мембрану, ген якої кодується ядром. Реакція передбачає декарбоксилювання PS до фосфатидилетаноламіну.
Решта два шляхи (PE-лізоацилювання та залежність від полярної групи обміну кальцію) відбуваються в ендоплазматичному ретикулумі, але не сприяють сумарному виробленню фосфатидилетаноламіну в еукаріотичних клітинах.
Особливості
Гліцерофосфоліпіди мають три основні функції в клітині, серед яких виділяються структурні функції, накопичення енергії та сигналізація клітин.
Фосфатидилетаноламін пов'язаний з прив’язкою, стабілізацією та згортанням білків з декількома мембранами, а також з конформаційними змінами, необхідними для функціонування багатьох ферментів.
Існують експериментальні докази, які пропонують фосфатидилетаноламін як вирішальний гліцерофосфоліпід у пізній стадії телофази, під час утворення скорочувального кільця та встановлення фрагмопласта, що дозволяє поділити мембрану двох дочірніх клітин.
Він також відіграє важливу роль у всіх процесах злиття та поділу (об'єднання та відділення) мембран як ендоплазматичного ретикулума, так і апарату Гольджі.
У E. coli було показано, що фосфатидилетаноламін необхідний для правильного складання та функції ферменту лактозної пермеази, саме тому було припущено, що він відіграє роль молекулярного «шаперону».
Фосфатидилетаноламін є основним донором молекули етаноламіну, необхідної для посттрансляційної модифікації численних білків, таких як якіри GPI.
Цей гліцерофосфоліпід є попередником численних молекул з ферментативною активністю. Крім того, молекули, отримані в результаті його метаболізму, а також діацилгліцерин, фосфатидова кислота та деякі жирні кислоти, можуть виступати другими месенджерами. Крім того, він є важливим субстратом для отримання фосфатидилхоліну.
Список літератури
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM та Van Golde, LMG (1999). Швидке відділення та ідентифікація молекулярних видів фосфатидилетаноламіну. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Відновлено з jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Фосфатидилетаноламін, що утворюється у внутрішній мітохондріальній мембрані, є важливим для функціонування комплексу цитохрому bc1 дріжджів 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Метаболізм фосфатидилетаноламіну в здоров’ї та хворобах. Міжнародний огляд клітинної та молекулярної біології (т. 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Синтез Кеннеді - де-ново синтез фосфатидилетаноламіну та фосфатидилхоліну. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Відновлено з cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Рентгенівське дифракційне дослідження поліморфізму гідратних діацил- та діалкілфосфатидилетаноламінів. Біохімія, 23 (12), 2634-2644.
- Сендецький, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Підтримується Ліпід Білайерс з фосфатидилетаноламіном як основний компонент. Лангмюра, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Мембранні ліпіди: де вони є і як вони поводяться. Огляди природи, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Молекулярна та клітинна біологія метаболізму фосфатидилсерину та фосфатидилетаноламіну. У К. Молдаве (Ред.) Дослідження прогресу нуклеїнової кислоти та молекулярна біологія (с. 69-111). Академічна преса.
- Vance, JE (2008). Фосфатидилсерин та фосфатидилетаноламін у клітинах ссавців: два метаболічно пов'язаних амінофосфоліпіди. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Утворення та функція фосфатидилсерину та фосфатидилетаноламіну в клітинах ссавців. Biochimica et Biophysica Acta - Молекулярна та клітинна біологія ліпідів, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Активність фосфатидилетаноламін-N-метилтрансферази та харчовий холін регулюють ліпідний потік печінки та плазми та обмін незамінних жирних кислот у мишей. Журнал харчування, 133 (11), 3386–3391.