ФОСФАТИДИЛСЕРИН: СТРУКТУРА, СИНТЕЗ, ФУНКЦІЇ, РОЗТАШУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Фосфатидилсерин є ліпід , що належить до сімейства фосфоліпідів і гліцероліпідів групи або фосфогліцерідов, отриманої з 1,2-діацілгліцерін 3-фосфату. Оскільки він має аміногрупу у своїй структурі, він вважається амінофосфоліпідом і присутній в мембранах як еукаріотичних, так і прокаріотичних клітин.

Вперше його описав Фолч, у 1941 році, як вторинний компонент цефаліну з бичачого мозку (церебральний ліпідний комплекс, що також складається з фосфатидилетаноламіну), і в 1952 році Баер і Маврик вияснили важливу частину його хімічної структури.

Загальна схема фосфоліпідів. (1) Гідрофільна головка, (2) Гідрофобні хвости, (А) Фосфатидилхолін, (В) Фосфатидилетаноламін, (С) Фосфатидилсерин та (D) Схема фосфатидилгліцерину (Джерело: Foobar через Wikimedia Commons)

У еукаріотів цей фосфоліпід становить від 3 до 15% мембранних фосфоліпідів, а варіація його чисельності залежить від організму, типу тканини, типу клітини, про яку йдеться, і навіть моменту її розвитку. .

Різні дослідження підтвердили, що він відсутній у мітохондріях еукаріотів, проте повідомлялося про його наявність у клітинних мембранах багатьох бактерій, хоча біосинтетичні шляхи його синтезу в цих організмах різні.

Розподіл цього фосфоліпіду в клітинних мембранах залежить, по суті, від ферментів, які відповідають за його вироблення, а його рух (транслокація) між мембранними моношарами залежить від дії амінофосфоліпід-фліпаз (у дріжджах) та скрембліази. та транслокази (у ссавців).

Це важливий ліпід для багатьох клітин нервової системи, настільки, що зараз були розроблені харчові добавки, які включають його у свої склади з метою поліпшення певних можливостей мозку та запобігання переродженню інших.

Будова

Фосфатидилсерин - це гліцерофосфоліпід і як такий походить від 1,2-діацилгліцерину 3-фосфатної молекули, тобто з молекули гліцерину, яка має два етерифіковані жирові кислотні ланцюги на своїх вуглецях 1 і 2 та на вуглеці 3 має фосфатну групу.

Структура фосфатидилсерину (Джерело: Zirgouflex через Wikimedia Commons)

Як і всі ліпіди, фосфатидилсерин - це амфіпатична молекула з гідрофільним полярним кінцем, представленим фосфатною групою та серином, що з нею зв’язується, та гідрофобним неполярним кінцем, складеним ланцюгами жирних кислот, пов'язаних ефірними зв’язками.

Назва "фосфатидилсерин" відноситься до всіх можливих комбінацій жирних кислот різної довжини та ступеня насичення, які прикріплені до гліцеринової основи, яка має серин, приєднаний до фосфатної групи на полярній голівці.

Синтез

У прокаріотів

У прокаріотів фосфатидилсерин виробляється ферментами фосфатидилсеринових синтетаз, які асоціюються з плазматичною мембраною або з рибосомальними фракціями залежно від того, грамнегативні чи грампозитивні бактерії відповідно.

Синтез фосфатидилсерину в цих мікроорганізмах регулюється і залежить від типу та кількості ліпідів, наявних у місці, де знаходиться фермент синтетази.

У дріжджах

Дріжджова фосфатидилсеринсинтетаза синтезує фосфатидилсерин з реакції між CDP-діацилгліцерином та серином, генеруючи фосфатидилсерин та CMP. Цей фосфоліпід у цих організмах є важливим проміжним продуктом у синтезі фосфатидилхоліну та фосфатидилетаноламіну.

Ця реакція регулюється внутрішньоклітинними концентраціями інозиту, який надає інгібіторну дію на фермент. Інші механізми передбачають пряме фосфорилювання синтетази або якогось регулюючого ферменту, який бере участь у шляху біосинтезу.

У вищих еукаріотів (рослин і тварин)

У таких організмах, як рослини та тварини (які деякі автори розглядають як вищі еукаріоти), синтез фосфатидилсерину відбувається через реакцію обміну бази кальцію через ферменти, пов'язані з ендоплазматичним ретикулумом.

При такому типі реакції фосфоліпіди синтезуються із раніше існуючих фосфоліпідів, з яких полярну групу видаляють і обмінюються з молекулою L-серину.

У рослинах є дві фосфатидилсеринові синтетази: перша, яка каталізує реакцію зміни основи кальцію, та друга, яка каталізується в реакції, подібній до тієї, що відбувається в дріжджах із CDP-діацилгліцерину.

Ссавці також володіють двома синтетазами фосфатидилсерину: одна каталізує синтез фосфатидилсерину шляхом реакції обміну між фосфатидилетаноламіном та серином, а інша робить те ж саме, але використовуючи фосфатидилхолін як основний субстрат.

Особливості

Фосфатидилсерин міститься у всіх типах еукаріотичних клітин; а у ссавців було показано, що, хоча він не однаково рясний у всіх тканинах і не є одним із фосфоліпідів, виявлених у більшій пропорції, він має важливе значення для виживання клітин.

Ланцюги жирної кислоти, пов'язані з молекулами фосфатидилсерину в клітинах нервової системи багатьох хребетних, відіграють фундаментальну роль у функціонуванні нервової системи.

На клітинній поверхні

Окрім своїх структурних функцій щодо створення біологічних мембран, «перерозподіл» фосфатидилсерину знаменує початок численних фізіологічних процесів на клітинному рівні у ссавців, тому можна сказати, що він бере участь у різних процесах клітинної сигналізації.

Прикладами цих процесів є згортання крові, де фосфатидилсерин переміщується у напрямку до зовнішнього моношару плазматичної мембрани тромбоцитів, що сприяє накопиченню різних факторів згортання у напрямку цих клітин.

Подібний процес відбувається під час дозрівання сперматозоїдів, але сприймається скоріше як "розсіювання" асиметричного розподілу цього фосфоліпіду (що збагачує внутрішню поверхню плазматичної мембрани).

Початкові події запрограмованої загибелі клітин (апоптоз) також характеризуються впливом молекул фосфатидилсерину на поверхню клітини, що «маркує» апоптотичні клітини для травлення фагоцитарними клітинами або макрофагами.

Всередині клітини

Внутрішньоклітинні функції фосфатидилсерину тісно пов'язані з його слабо катіонними характеристиками, оскільки через заряд він може асоціюватися з різними периферичними білками, які мають негативно заряджені області.

Серед цих білків можна виділити деякі кінази та GTPази, які активуються, коли вони асоціюються з фосфоліпідом, про який йде мова.

Фосфатидилсерин бере участь у «маркуванні» деяких білків для спрямування їх у бік фагосоми на шляху рециркуляції чи деградації, а також у зміні каталітичної активності інших.

Показано, що утворення певних іонних каналів залежить від асоціації білків, що їх складають, з фосфатидилсерином.

Це джерело прекурсорів для синтезу інших фосфоліпідів, таких як фосфатидилетаноламін, які можуть утворюватися з декарбоксилювання фосфатидилсерину (фосфатидилсерин є попередником мітохондріального фосфатидилетаноламіну).

Де це знаходиться?

Фосфатидилсерин, як і більшість фосфоліпідів, міститься майже у всіх клітинних мембранах і збагачує клітинні мембрани нервових тканин; і, в оці, він особливо рясний на сітківці.

У клітинах, де він виявлений, більшою чи меншою мірою він зазвичай знаходиться у внутрішньому моношарі плазматичної мембрани та в ендосомах, але це рідко зустрічається у мітохондріях.

Як описано в 1941 році, поряд із фосфатидилетаноламіном фосфатидилсерин є частиною речовини, відомої як цефалін у мозку багатьох ссавців.

Переваги його споживання

Значення фосфатидилсерину у функціонуванні нервової системи було широко вивчено і протягом кількох десятиліть вважалося, що його прийом може бути корисним для здоров'я центральної нервової системи.

Кілька досліджень прийшли до висновку, що додавання фосфатидилсерину в раціон як харчову добавку може мати позитивний вплив на покращення пам’яті, навчання, концентрації та зниження настрою, пов’язаних із віком або старінням.

Вважається, що це запобігає втраті пам’яті та інших пізнавальних діяльності, таких як міркування, абстрактне мислення, психомоторні порушення, зміни особистості та поведінки та інші важливі психічні функції.

У деяких більш конкретних дослідженнях на пацієнтах з проблемами пам’яті споживання фосфатидилсерину безпосередньо сприяло вивченню імен та облич, згадуванню імен та облич та розпізнаванню обличчя.

Природним джерелом цього фосфоліпіду є риба. Однак види, що регулярно включаються в харчові добавки, отримують з кори головного мозку великої рогатої худоби або з сої.

Обидва типи фосфоліпідів виконують однакові функції, але відрізняються характеристиками жирних кислот їх аполярних хвостів.

Також було висловлено припущення, що немембранно-асоційований фосфатидилсерин, прийнятий як доповнення (екзогенний), може сприяти захисту клітин від окислювального стресу.

Протипоказання

Перші дослідження та клінічні випробування, проведені із застосуванням цього фосфоліпіду як харчової добавки, показали, що його внутрішньом’язове введення може викликати роздратування та «опіки», а його внутрішньовенне введення не має відомих побічних ефектів.

За допомогою перорального прийому це виявляється безпечним препаратом, але у дозах, що перевищують 600 мг, що вводяться перед сном, він може викликати безсоння. Однак у звітах вказується, що це безпечно та ефективно, особливо якщо він поєднується зі здоровим способом життя, який включає фізичні вправи та правильне харчування.

Хоча велика кількість досліджень показала, що прийом цього фосфоліпіду не спричиняє шкідливих змін у біохімії крові, одне з можливих протипоказань пов’язане з перенесенням інфекційних захворювань, таких як губчаста енцефалопатія через споживання забруднених пріонами екстрактів мозку.

Список літератури

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Біохімія (4-е видання). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Навчання.
2. Jorissen, B., Brouns, F., van Boxtel, M., Ponds, R., Verhey, F., & Jolles, J. (2002). Вплив фосфатидилсерину, одержуваного соєю, на пізнання в порушенні віку пам'яті. Харчова нейрологія, 4, 121–134.
3. Kidd, PM (1996). Фосфатидилсерин; Мембранне живильне речовина для пам'яті. Клініко-механічна оцінка. Огляд альтернативної медицини, 1 (2), 70–84.
4. Кінгслі, М. (2006). Вплив добавки фосфатидилсерину на людей, що здійснюють фізичні вправи, 36 (8), 657–669.
5. Люккей, М. (2008). Мембранна структурна біологія: з біохімічними та біофізичними основами. Cambridge University Press.
6. Segawa, K., & Nagata, S. (2015). Апоптотичний сигнал "Їжте мене": експозиція фосфатидилсерину. Тенденції клітинної біології, 1–12.
7. Vance, JE (2008). Фосфатидилсерин та фосфатидилетаноламін у клітинах ссавців: два метаболічно пов'язаних амінофосфоліпіди. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
8. Vance, JE, & Steenbergen, R. (2005). Метаболізм та функції фосфатидилсерину. Прогрес у дослідженнях ліпідів, 44, 207-234.
9. 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.