SFINGOMIELĪNS: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, SINTĒZE UN METABOLISMS - BIOLOĢIJA - 2025

Sphingomyelin ir visvairāk bagātīgs sphingolipids dzīvnieku audos: ir sastopami visās šūnu membrānās pētītas līdz šim. Tam ir strukturālas līdzības ar fosfatidilholīnu attiecībā uz polāro galvu grupu, tāpēc to klasificē arī kā fosfolipīdu (fosfosfingolipīdu).

1880. gados zinātnieks Johans Thudichums no smadzeņu audiem izdalīja ēterī šķīstošu lipīdu komponentu un nosauca to par sfingomielīnu. Vēlāk, 1927. gadā, par šī sfingolipīda struktūru tika ziņots kā N-acil-sfingozīn-1-fosfoholīns.

Sfingomielīna struktūra (Avots: Jag123 angļu Vikipēdijā, izmantojot Wikimedia Commons)

Tāpat kā citi sfingolipīdi, sfingomielīnam ir gan strukturālas, gan šūnu signalizācijas funkcijas, un tas ir īpaši bagātīgs nervu audos, īpaši mielīnā, apvalkā, kas pārklāj un izolē noteiktu neironu aksonus.

Tās izplatība tika pētīta, veicot subcelulāru frakcionēšanu un fermentatīvas noārdīšanās eksperimentus ar sfingomielināzēm, un rezultāti norāda, ka vairāk nekā puse shingomielīna eikariotu šūnās atrodas plazmas membrānā. Tomēr tas ir atkarīgs no šūnas veida. Piemēram, fibroblastos tas veido gandrīz 90% no visiem lipīdiem.

Šī lipīda sintēzes un metabolisma procesu disregulācija noved pie sarežģītu patoloģiju vai lipidozes attīstības. To piemērs ir iedzimta Nīmaņa-Pika slimība, kurai raksturīga hepatosplenomegālija un progresējoša neiroloģiska disfunkcija.

Uzbūve

Sfingomielīns ir amfātiska molekula, kas sastāv no polārās galvas un divām apolārām astes. Polārā galvas grupa ir fosfoholīna molekula, tāpēc tā var parādīties līdzīga glicerofosfolipīdu fosfatidilholīnam (PC). Tomēr starp šīm divām molekulām pastāv būtiskas atšķirības starp interfeisa un hidrofobo reģionu.

Visbiežākā zīdītāju sfingomielīna molekulas bāze ir keramīds, kas sastāv no sfingozīna (1,3-dihidroksi-2-amino-4-oktadecena), kuram ir divkārša saite starp oglekļiem 4. un 4. pozīcijā. 5 no ogļūdeņražu ķēdes. Tā piesātinātais atvasinājums, sphinganīns, ir arī izplatīts, bet mazākā mērā atrodams.

Sfingomielīna hidrofobās astes garums svārstās no 16 līdz 24 oglekļa atomiem, un taukskābju sastāvs mainās atkarībā no audiem.

Sphingomyelins, piemēram, cilvēka smadzeņu baltajā vielā, satur nervonskābi, pelēkajā vielā galvenokārt ir stearīnskābe, un trombocītos dominē arahidonāts.

Starp abām sfingomielīna taukskābju ķēdēm parasti ir atšķirīgs garums, kas, šķiet, veicina "interdigitācijas" parādības starp ogļūdeņražiem pretējos monoslāņos. Tas membrānai piešķir īpašu stabilitāti un īpašas īpašības salīdzinājumā ar citām membrānām, kuras šajā sfingolipīdā stāvoklī ir sliktākas.

Molekulas starpfāzu apgabalā sfingomielīnam ir amīdu grupa un brīvā hidroksilgrupa pie oglekļa 3, kas var kalpot kā ūdeņraža saites donori un pieņēmēji iekšējām un starpmolekulārajām saitēm, kas ir svarīgi sānu domēnu un mijiedarbības noteikšanā. ar dažāda veida molekulām.

Iespējas

-Signalizēšana

Sfingozīna metabolisma produkti - keramīds, sfingozīns, sfingozīna 1-fosfāts un diacilglicerīns - ir svarīgi šūnu efektori un piešķir tai lomu vairākās šūnas funkcijās, piemēram, apoptozē, attīstībā un novecošanā, šūnu signalizācijā, cita starpā.

-Struktūra

Pateicoties sfingomielīna trīsdimensiju "cilindriskajai" struktūrai, šis lipīds var veidot kompaktākus un sakārtotus membrānas domēnus, kam ir svarīga funkcionālā nozīme no olbaltumvielu viedokļa, jo tas var izveidot specifiskus domēnus dažiem integrāliem membrānas proteīniem.

Lipīdu "plostos" un kaveolās

Lipīdu plosti, membrānas fāzes vai pasūtīti sfingolipīdu mikrodomēni, piemēram, sfingomielīns, daži glicerofosfolipīdi un holesterīns, ir stabilas platformas membrānas olbaltumvielu asociācijai ar dažādām funkcijām (receptoriem, transporteriem utt.).

Kaveolas ir plazmas membrānas invaginācijas, kas atjauno olbaltumvielas ar GPI enkuriem un ir arī bagātas ar sfingomielīnu.

Attiecībā uz holesterīna līmeni

Holesterīns tā strukturālās stingrības dēļ ievērojami ietekmē šūnu membrānu struktūru, it īpaši aspektos, kas saistīti ar plūstamību, tāpēc to uzskata par būtisku elementu.

Tā kā sfingomielīniem ir gan ūdeņraža saites donori, gan akceptori, tiek uzskatīts, ka tie spēj veidot “stabilāku” mijiedarbību ar holesterīna molekulām. Šī iemesla dēļ tiek teikts, ka ir pozitīva korelācija starp holesterīna un sfingomielīna līmeni membrānās.

Sintēze

Sfingomielīna sintēze notiek Golgi kompleksā, kur keramīds, kas tiek transportēts no endoplazmatiskā retikuluma (ER), tiek modificēts, pārnesot fosfoholīna molekulu no fosfatidilholīna, vienlaikus atbrīvojot diacilglicerīna molekulu. Reakciju katalizē SM sintāze (keramīds: fosfatidilholīna fosfoholīna transferāze).

Ir arī cits sfingomielīnu veidošanās ceļš, kas var rasties, pārnesot fosfoetanolamīnu no fosfatidiletanolamīna (PE) uz keramīdu un sekojoši fosfoetanolamīna metilēšanu. Tiek uzskatīts, ka tas ir īpaši svarīgi dažos PE bagātu nervu audos.

Sfingomielīna sintāze ir atrodama Golgi kompleksa membrānas luminālajā pusē, kas atbilst sfingomielīna ekstracitoplazmatiskajai atrašanās vietai lielākajā daļā šūnu.

Sfingomielīna polārās grupas īpašību dēļ un acīmredzamo specifisku translokāžu neesamības dēļ šī lipīda topoloģiskā orientācija ir atkarīga no fermenta sintāzes.

Vielmaiņa

Sfingomielīna noārdīšanās var notikt gan plazmas membrānā, gan lizosomās. Lizosomāla hidrolīze līdz keramīdam un fosfoholīnam ir atkarīga no skābā sfingomielināzes - šķīstoša lizosomāla glikoproteīna, kura aktivitātes optimālais pH ir aptuveni 4,5.

Hidrolīzi plazmas membrānā katalizē sfingomielināze, kuras pH līmenis ir 7,4 un kuras darbībai nepieciešami divvērtīgi magnija vai mangāna joni. Citi fermenti, kas iesaistīti sfingomielīna metabolismā un pārstrādē, ir atrodami dažādos organellos, kas savieno viens ar otru caur vezikulārā transporta ceļiem.

Atsauces

1. Barenholz, Y., and Thompson, TE (1999). Sfingomielīns: biofizikālie aspekti. Lipīdu ķīmija un fizika, 102., 29. – 34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipīdu bioķīmija. (D. Hanahan, red.), Lipid Research 3 rokasgrāmata (1. red.). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Sfingomielīna intracelulārais transports un metabolisms. Biohimic, 1082, 113.-125.
4. Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). C tipa Nīmaņa-Pika slimības: HE1 mutāciju spektrs un genotipa / fenotipa korelācijas NPC2 grupā. Am. J. Hum. Genet. , 69, 1013-1021.
6. Ramstedts, B., un Slotte, P. (2002). Sfingomielīnu membrānas īpašības. FEBS vēstules, 531, 33–37.
7. Slota, P. (1999). Sfingomielīns - holesterīna mijiedarbība bioloģiskajās un modeļa membrānās. Lipīdu ķīmija un fizika, 102., 13. – 27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Lipīdu, lipoproteīnu un membrānu bioķīmija. In New Comprehensive Biochemistry 36. sēj. (4. izdevums). Elsevier.