Kardiolipina, znan tudi kot diphosphatidylglycerol, je lipidov glicerofosfolípidos družina in skupina poliglicerofosfolípidos a. Najdemo ga v mitohondrijski membrani evkariontskih organizmov, v plazemski membrani številnih bakterij in tudi v nekaterih arhejah.
Pangborn ga je odkril leta 1942 iz analize membranskih lipidov srčnega tkiva goveda. Njegova struktura je bila predlagana leta 1956, kemična sinteza pa je bila približno 10 let kasneje.
Struktura kardiolipina (Vir: Edgar181 prek Wikimedia Commons)
Nekateri avtorji menijo, da je njegova prisotnost omejena na membrane, ki proizvajajo ATP, kot na primer mitohondrije v evkariontih, plazemske membrane pri bakterijah in hidrogenome (mitohondrijskim podobnim organelom) v nekaterih protitistih.
Dejstvo, da se kardiolipin nahaja v mitohondrijih in v plazemski membrani bakterij, je bilo uporabljeno za krepitev osnov endosimbiotske teorije, ki navaja, da so mitohondriji nastali v celicah evkariotov, ki so jih izdale fagocitoza bakterije, ki potem je postal odvisen od celice in obratno.
Njegova biosintetska pot pri živalih je bila opisana med letoma 1970 in 1972, kasneje pa se je pokazalo, da gre za isto pot, ki se pojavlja pri rastlinah, kvasovkah, glivah in nevretenčarjih. Ni zelo bogat lipid, vendar celice potrebujejo, da pravilno deluje.
Pomen tega fosfolipida za mitohondrije in s tem za celični metabolizem je razviden, ko okvara metaboličnih poti, povezana z njim, povzroči človeško patologijo, znano kot Barthov sindrom (kardio-skeletna miopatija).
Struktura
Kardiolipin ali difosfatidilglicerol sta sestavljeni iz dveh molekul fosfatidne kisline (najpreprostejšega fosfolipida), povezanih med molekulo glicerola.
Fosfatidna kislina, eden najpogostejših vmesnih snovi v biosintetskih poteh drugih fosfolipidov, je sestavljena iz molekule 3-fosfata glicerola, v katero se na mestih ogljika 1 in 2 esterificirata dve verigi maščobnih kislin, znan je tudi kot 1,2-diacilglicerol 3-fosfat.
Zato je kardiolipin sestavljen iz treh molekul glicerola: osrednjega glicerola, vezanega na fosfatno skupino pri ogljiku 1, druge fosfatne skupine na ogljiku 3 in hidroksilne skupine na ogljiku 2; in dve "stranski" gliceroli.
Dve "stranski" molekuli glicerola sta pritrjeni na osrednjo molekulo s pomočjo "mostov glicerola" skozi svoje ogljike na položaju 3. Pri ogljikih na položajih 1 in 2 se esterificirata dve verigi maščobnih kislin po dolžini in nasičenosti. spremenljivka.
Kardiolipin je lipid, ki lahko ali ne tvori dvoslojev, odvisno od prisotnosti ali odsotnosti dvovalentnih kationov. To je povezano z dejstvom, da je simetrična molekula, zaradi česar je pomembna v membranah, ki so odgovorne za procese transdukcije energije.
Tako kot drugi lipidi iz skupine poliglicerofosfolipidov ima tudi kardiolipin več hidroksilnih skupin, ki lahko služijo za vezavo maščobnih kislin. Zato ima več pozicijskih stereoizomerov.
Vaše maščobne kisline
Različne študije so določile, da so maščobne kisline, vezane na stranske molekule glicerola kardiolipina, običajno nenasičene, vendar stopnja nenasičenosti ni določena.
Torej, takšne maščobne kisline so lahko dolžine 14-22 ogljika in 0-6 dvojnih vezi. To in dejstvo, da ima kardiolipin štiri povezane molekule maščobnih kislin, pomeni, da lahko obstaja več spremenljivk in kombinacij tega fosfolipida.
Sinteza
Biosinteza kardiolipina se, kot je mogoče pričakovati, začne s sintezo fosfatidne kisline ali 1,2-diacilglicerol 3-fosfata iz glicerol 3-fosfata in maščobnih kislin. Ta proces se pojavi v mitohondrijih evkariotov in v plazemski membrani bakterij.
Sinteza v evkariontih
Po tvorbi fosfatidna kislina reagira z visokoenergijsko molekulo, analogno ATP: CTP. Nato nastane vmesni, tudi visokoenergijski, znan kot fosfatidil-CMP. Aktivirana fosfatidilna skupina se prenese v hidroksilno skupino na položaju C1 osrednje molekule glicerola, ki služi kot hrbtenica.
Zaradi tega procesa nastane molekula, imenovana fosfatidilglicerofosfat, ki jo hidrolizira, da dobimo fosfatidilglicerol. Ta dobi drugo fosfatidilno skupino, aktivirano iz druge molekule fosfatidil-CMP, reakcijo, ki jo katalizira fosfatidiltransferaza, znana tudi kot kardiolipin sintaza.
Encim kardiolipin sintaza prebiva v notranji mitohondrijski membrani in zdi, da tvori velik kompleks, vsaj v kvasovkah. Njegov gen se v velikih količinah izraža v tkivih, bogatih z mitohondriji, kot so srce, jetra in skeletne mišice vretenčarjev.
Regulacija njegove aktivnosti je v veliki meri odvisna od istih transkripcijskih faktorjev in endokrinih dejavnikov, ki modulirajo biogenezo mitohondrijev.
Kardiolipin mora biti, ko je sintetiziran v notranji mitohondrijski membrani, premeščen proti zunanji mitohondrijski membrani, tako da se v membrani odvija vrsta topoloških procesov, drugi strukturni elementi istega pa so nameščeni.
Sinteza v prokariotih
Vsebnost kardiolipina v bakterijah je lahko zelo spremenljiva in je odvisna predvsem od fiziološkega stanja celic: ponavadi je v fazi eksponentne rasti manj obilna, obilnejša pa je tudi, ko jo zmanjšamo (na primer v stacionarni fazi).
Njegovo biosintetsko pot lahko sprožijo različni stresni dražljaji, kot so pomanjkanje energije ali osmotski stres.
Do nastanka fosfatidilglicerola je postopek v evkariotih in prokariotih enakovreden, pri prokariotih pa fosfatidilglicerol preoblikuje fosfatidil skupino iz druge molekule fosfatidilglicerola. To reakcijo katalizira encim tipa D fosfolipaze D, znan tudi kot kardiolipin sintaza.
Ta reakcija je znana kot reakcija "transfosfatidilacija" (iz angleščine "transphosphatidilation"), kjer eden od fosfatidiilglicerolov deluje kot darovalec fosfatidilne skupine, drugi pa kot akceptor.
Lastnosti
Fizikalne značilnosti molekul kardiolipina očitno omogočajo določene interakcije, ki igrajo pomembno vlogo pri strukturni organizaciji membran, kjer jih najdemo.
Med te funkcije spadajo tudi diskriminacija nekaterih membranskih domen, medsebojno delovanje ali "križanje" s transmembranskimi proteini ali njihovimi poddomenami.
Zahvaljujoč fizikalno-kemijskim lastnostim je kardiolipin prepoznan kot lipid, ki ne tvori dvosloja, vendar je njegova funkcija lahko stabiliziranje in »sprejemanje« transmembranskih beljakovin v lipidnem dvosloju.
Zlasti njegove električne lastnosti mu omogočajo delovanje v procesih prenosa protona, ki potekajo v mitohondrijah.
Čeprav celice lahko preživijo brez tega fosfolipida, nekatere raziskave ugotavljajo, da je potreben za njihovo optimalno delovanje.
Reference
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Razumevanje raznolikosti lipidne sestave membrane. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membranska strukturna biologija: z biokemijskimi in biofizikalnimi temelji. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harperjeva ilustrirana biokemija (28. izd.). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membranski lipidi: kje so in kako se obnašajo. Nature Reviews, 9, 112–124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemija lipidov, lipoproteinov in membran. V Novi izčrpni biokemiji Vol. 36 (4. izdaja). Elsevier.