Kardiolipīns, pazīstams arī kā diphosphatidylglycerol, ir lipīdu glicerofosfolípidos ģimene un grupa poliglicerofosfolípidos. Tas atrodams eikariotu organismu mitohondriju membrānā, daudzu baktēriju plazmas membrānā un arī dažās archaea.
To Pangborns atklāja 1942. gadā, liellopa sirds audu membrānu lipīdu analīzē. Tās struktūra tika ierosināta 1956. gadā, un ķīmiskā sintēze notika apmēram 10 gadus vēlāk.
Kardiolipīna struktūra (Avots: Edgar181, izmantojot Wikimedia Commons)
Daži autori uzskata, ka tā klātbūtne ir ierobežota ar ATP producējošām membrānām, piemēram, mitohondriju gadījumā eikariotos, plazmas membrānām baktērijās un hidrogenomām (mitohondrijiem līdzīgiem organelliem) dažiem protistiem.
Fakts, ka kardiolipīns ir atrodams mitohondrijos un baktēriju plazmas membrānā, ir ticis izmantots, lai pastiprinātu endosimbiotisko teoriju, kurā teikts, ka mitohondrijas radās eikariotu priekšteču šūnās baktērijas fagocitozes rezultātā, kas tad tas kļuva atkarīgs no šūnas un otrādi.
Tās biosintētiskais ceļš dzīvniekiem tika aprakstīts no 1970. līdz 1972. gadam, un vēlāk tika parādīts, ka tas ir tas pats ceļš, kas notiek augos, raugos, sēnēs un bezmugurkaulniekos. Tas nav ļoti bagātīgs lipīds, bet šūnas prasa, lai tas darbotos pareizi.
Šī fosfolipīda nozīme mitohondrijos un līdz ar to arī šūnu metabolismā ir acīmredzama, ja ar to saistīto metabolisma ceļu nepareiza darbība rada cilvēka patoloģiju, kas pazīstama kā Bārta sindroms (kardio-skeleta miopātija).
Uzbūve
Kardiolipīnu vai difosfatidilglicerīnu veido divas fosfatidilskābes (vienkāršākais fosfolipīds) molekulas, kas savienotas kopā caur glicerīna molekulu.
Fosfatidīnskābe, viens no parastiem starpproduktiem citu fosfolipīdu biosintēzes ceļos, sastāv no 3-fosfāta glicerīna molekulas, kurai divas taukskābju ķēdes ir esterificētas 1. un 2. oglekļa pozīcijā, tātad to sauc arī par 1,2-diacilglicerīna 3-fosfātu.
Tāpēc kardiolipīns sastāv no trim glicerīna molekulām: centrālā glicerīna, kas pievienots fosfātu grupai pie 1. oglekļa, citai fosfāta grupai pie 3. oglekļa un hidroksilgrupai pie 2. oglekļa; un divi "sānu" glicerīni.
Divas "sānu" glicerīna molekulas ir piestiprinātas pie centrālās molekulas ar "glicerīna tiltiem" caur to oglekļiem 3. pozīcijā. Oglekļos 1. un 2. pozīcijā esterificē divas garuma un piesātinājuma taukskābju ķēdes. mainīgs.
Kardiolipīns ir lipīds, kas var vai nevar veidot divslāņu slāņus, atkarībā no divvērtīgo katjonu esamības vai neesamības. Tas ir saistīts ar faktu, ka tā ir simetriska molekula, kas padara to svarīgu membrānās, kas ir atbildīgas par enerģijas pārvades procesiem.
Tāpat kā citi poliglicerofosfolipīdu grupas lipīdi, kardiolipīnam ir vairākas hidroksilgrupas, kas var kalpot taukskābju saistīšanai. Tāpēc tai ir vairāki pozicionēti stereoizomēri.
Jūsu taukskābes
Dažādos pētījumos ir noteikts, ka taukskābes, kas pievienotas kardiolipīna sānu glicerīna molekulām, parasti ir nepiesātinātas, bet nepiesātinātības pakāpe nav noteikta.
Tātad, šādas taukskābes var būt 14–22 oglekļa garumā un 0–6 divkāršās saites. Tas un fakts, ka kardiolipīnam ir četras saistītas taukskābju molekulas, nozīmē, ka var būt vairāki šī fosfolipīda mainīgie un kombinācijas.
Sintēze
Kardiolipīna biosintēze, kā varētu gaidīt, sākas ar fosfatidīnskābes vai 1,2-diacilglicerīna 3-fosfāta sintēzi no glicerīna 3-fosfāta un taukskābēm. Šis process notiek eikariotu mitohondrijos un baktēriju plazmas membrānā.
Sintēze eikariotos
Pēc veidošanās fosfatidīnskābe reaģē ar augstas enerģijas molekulu, kas ir analoga ATP: CTP. Tad veidojas starpprodukts, arī ar lielu enerģiju, pazīstams kā fosfatidil-CMP. Aktivizētā fosfatidilgrupa tiek pārvietota uz hidroksilgrupu centrālās glicerīna molekulas C1 stāvoklī, kas kalpo par mugurkaulu.
Šī procesa rezultātā rodas molekula ar nosaukumu fosfatidilglicerofosfāts, kas tiek hidrolizēts, lai iegūtu fosfatidilglicerīnu. Tas saņem vēl vienu fosfatidilgrupu, kas aktivizēta no citas fosfatidil-CMP molekulas, reakciju, ko katalizē fosfatidiltransferāze, kas pazīstama arī kā kardiolipīna sintāze.
Fermenta kardiolipīna sintāze atrodas iekšējā mitohondriju membrānā un, šķiet, veido lielu kompleksu, vismaz raugā. Tās gēns tiek izteikts lielos daudzumos audos, kas bagāti ar mitohondrijiem, piemēram, mugurkaulnieku sirdī, aknās un skeleta muskuļos.
Tās aktivitātes regulēšana lielā mērā ir atkarīga no tiem pašiem transkripcijas faktoriem un endokrīnajiem faktoriem, kas modulē mitohondriju bioģenēzi.
Pēc kardiolipīna sintezēšanas iekšējā mitohondriju membrānā jāpārvieto uz mitohondriju ārējo membrānu tā, lai membrānā notiktu virkne topoloģisko procesu un tajā būtu izvietoti citi struktūras elementi.
Sintēze prokariotos
Kardiolipīna saturs baktērijās var būt ļoti mainīgs un galvenokārt atkarīgs no šūnu fizioloģiskā stāvokļa: parasti tas ir mazāk bagātīgs eksponenciālā augšanas fāzē un bagātīgāks, ja ir tā samazinājums (piemēram, stacionārā fāzē).
Tās biosintētisko ceļu var izraisīt dažādi stresa stimuli, piemēram, enerģijas deficīts vai osmotiskais stress.
Līdz fosfatidilglicerīna veidošanai process eikariotos un prokariotos ir līdzvērtīgs, bet prokariotos fosfatidilglicerīns, veicot pāresterificēšanu, saņem fosfatidilgrupu no citas fosfatidilglicerīna molekulas. Šo reakciju katalizē fosfolipāzes D tipa enzīms, kas pazīstams arī kā kardiolipīna sintāze.
Šī reakcija ir pazīstama kā "transfosfatidilācijas" reakcija (no angļu valodas "transphosphatidylation"), kur viens no fosfatidilglicerīniem darbojas kā fosfatidilgrupas donors, bet otrs - kā akceptors.
Iespējas
Kardiolipīna molekulu fizikālās īpašības acīmredzot pieļauj noteiktu mijiedarbību, kurai ir svarīga loma membrānu strukturālajā organizācijā, kur tās atrodamas.
Starp šīm funkcijām var minēt dažu membrānas domēnu diskrimināciju, mijiedarbību vai "krustošanos" ar transmembrānas olbaltumvielām vai to apakšdomēniem.
Pateicoties tā fizikāli ķīmiskajām īpašībām, kardiolipīns tiek atzīts par lipīdu, kas neveido divslāni, bet kura funkcija var būt stabilizēt un "uzņemt" transmembranālos proteīnus lipīdu divslāņu slāņos.
Tā elektriskās īpašības jo īpaši piešķir tai funkcijas protonu pārnešanas procesos, kas notiek mitohondrijos.
Kaut arī šūnas var izdzīvot bez šī fosfolipīda, daži pētījumi ir atklājuši, ka tas ir nepieciešams to optimālai darbībai.
Atsauces
- Harajama, T., un Riezmans, H. (2018). Izpratne par membrānas lipīdu sastāvu. Daba apskats Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membrānas struktūras bioloģija: ar bioķīmiskajiem un biofizikālajiem pamatiem. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija (28. izdevums). McGraw-Hill Medical.
- van Meers, G., Voelkers, DR, un Feigensons, GW (2008). Membrānas lipīdi: kur viņi atrodas un kā viņi uzvedas. Dabas apskats, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Lipīdu, lipoproteīnu un membrānu bioķīmija. In New Comprehensive Biochemistry 36. sēj. (4. izdevums). Elsevier.