SFINGOMIJELIN: STRUKTURA, FUNKCIJE, SINTEZA IN METABOLIZEM - BIOLOGIJA - 2026

Sfingomelin je najbolj bogat sfingolipidi v živalskem tkivu: Znano je, da se pojavljajo v vseh celičnih membran preiskovali do sedaj. Ima strukturno podobnost s fosfatidilholinom v smislu skupine polarnih glav, zato jo uvrščamo tudi med fosfolipide (fosfosfingolipid).

V 1880-ih je znanstvenik Johann Thudichum iz možganskega tkiva izoliral eterično topno lipidno komponento in jo poimenoval sfingomijelin. Kasneje, leta 1927, so o strukturi tega sfingolipida poročali kot N-acil-sfingosin-1-fosfoholin.

Struktura sfingomijelina (Vir: Jag123 v angleški Wikipediji, prek Wikimedia Commons)

Tako kot drugi sfingolipidi ima tudi sfingomijelin tako strukturno kot celično signalizacijsko funkcijo in je še posebej bogat v živčnih tkivih, natančneje mielinu, plastju, ki pokriva in izolira aksone nekaterih nevronov.

Njegovo porazdelitev so preučevali s podceličnimi frakcionacijami in poskusi razgradnje encimov s sfingomijelinazami, rezultati pa kažejo, da je več kot polovica sfingomijelina v evkariontskih celicah najdeno v plazemski membrani. Vendar je to odvisno od vrste celice. V fibroblastih, na primer, predstavlja skoraj 90% vseh lipidov.

Disregulacija procesov sinteze in metabolizma tega lipida vodi do razvoja zapletenih patologij ali lipidoze. Primer teh je dedna Niemann-Pickova bolezen, za katero sta značilni hepatosplenomegalija in progresivna nevrološka disfunkcija.

Struktura

Sfingomijelin je amfipatična molekula, sestavljena iz polarne glave in dveh apolarnih repov. Skupina polarne glave je molekula fosfoholina, zato se lahko zdi podobna glicerofosfolipidnemu fosfatidilholinu (PC). Vendar obstajajo velike razlike glede medfaznega in hidrofobnega območja med tema dvema molekulama.

Najpogostejša baza v sesalski molekuli sesalca je ceramid, sestavljen iz sfingozina (1,3-dihidroksi-2-amino-4-oktadecena), ki ima trans dvojno vez med ogljiki na položajih 4 in 5 ogljikovodikove verige. Pogost je tudi njegov nasičen derivat, sfinganin, vendar ga v manjši meri najdemo.

Dolžina hidrofobnih repov sfingomijelina se giblje od 16 do 24 atomov ogljika, sestava maščobnih kislin pa je odvisna od tkiva.

Na primer, sfingomijelini v beli snovi človeških možganov imajo živčno kislino, tisti v sivi snovi vsebujejo predvsem stearinsko kislino, razširjena oblika trombocitov pa je arahidonat.

Med dvema verigama maščobnih kislin sfingomijelina na splošno obstaja razlika v dolžini, kar se zdi, da daje prednost "interdigitaciji" med ogljikovodiki v nasprotnih monoplasteh. To daje membrani posebno stabilnost in posebne lastnosti v primerjavi z drugimi membranami, ki so slabše v tem sfingolipidu.

V medfacialnem območju molekule ima sfingomijelin amidno skupino in prosti hidroksil pri ogljiku 3, ki lahko služijo kot darovalci vodikove vezi in sprejemniki za intra- in medmolekulske vezi, pomembne pri določanju stranskih domen in medsebojnega delovanja. z različnimi vrstami molekul.

Lastnosti

-Signalizacija

Izdelki presnove sfingozina -ceramid, sfingozin, sfingozin 1-fosfat in diacilglicerol- so pomembni celični učinkovalci in mu dajo vlogo pri številnih celičnih funkcijah, kot so apoptoza, razvoj in staranje, signalizacija celic.

-Struktura

Zahvaljujoč tridimenzionalni "valjasti" strukturi sfingomijelina lahko ta lipid tvori bolj kompaktne in urejene membranske domene, kar ima pomembne funkcionalne posledice z vidika beljakovin, saj lahko vzpostavi specifične domene za nekatere integralne membranske proteine.

V lipidnih "splavih" in kaveolah

Lipidni splavi, membranske faze ali urejene mikro domene sfingolipidov, kot so sfingomijelin, nekateri glicerofosfolipidi in holesterol, predstavljajo stabilno platformo za povezavo membranskih beljakovin z različnimi funkcijami (receptorji, prenašalci itd.).

Caveole so invaginacije plazemskih membran, ki pridobivajo beljakovine s GPI sidri in so prav tako bogate sfingomijelinom.

Glede holesterola

Holesterol zaradi svoje strukturne togosti pomembno vpliva na strukturo celičnih membran, zlasti na vidike, povezane s tekočnostjo, zato velja za bistveni element.

Ker imajo sfingomijelini tako donatorje vodika kot tudi akceptorje, verjamemo, da lahko tvorijo bolj "stabilne" interakcije z molekulami holesterola. Iz tega razloga pravijo, da obstaja pozitivna korelacija med nivojem holesterola in sfingomijelina v membranah.

Sinteza

Sinteza sfingomijelina se dogaja v kompleksu Golgi, kjer se ceramid, ki se prevaža iz endoplazemskega retikuluma (ER), spremeni s prenosom molekule fosfoholina iz fosfatidilholina s sočasnim sproščanjem molekule diacilglicerola. Reakcijo katalizira SM-sintaza (ceramid: fosfatidilholin-fosfoholin-transferaza).

Obstaja tudi druga pot nastajanja sfingomijelina, do katere lahko pride s prenosom fosfoetanolamina iz fosfatidiletanolamina (PE) v ceramid z naknadnim metiliranjem fosfoetanolamina. Menijo, da je to še posebej pomembno v nekaterih živčnih tkivih, bogatih s PE.

Sfingomijelin sintazo najdemo na luminalni strani kompleksne membrane Golgija, kar je skladno z ekstracitoplazmatsko lokacijo sfingomijelina v večini celic.

Zaradi značilnosti polarne skupine sfingomijelina in navidezne odsotnosti specifičnih translokaz je topološka usmeritev tega lipida odvisna od encimske sintaze.

Presnova

Razgradnja sfingomijelina se lahko pojavi tako v plazemski membrani kot v lizosomih. Hidroliza lizosoma v ceramid in fosfoholin je odvisna od kisle sfingomijelinaze, topnega lizosomskega glikoproteina, katerega optimalni pH je približno 4,5.

Hidrolizo v plazemski membrani katalizira sfingomijelinaza, ki deluje pri pH 7,4 in ki za svoje delovanje potrebuje dvovalentne magnezijeve ali manganove ione. Drugi encimi, ki sodelujejo pri presnovi in ​​recikliranju sfingomijelina, najdemo v različnih organelah, ki se med seboj povezujejo po vezikularnih transportnih poteh.

Reference

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sfingomijelin: biofizični vidiki. Kemija in fizika lipidov, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidna biokemija. (D. Hanahan, ur.), Priročnik o raziskavah lipidov 3 (1. izd.). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracelični transport in presnova sfingomijelina. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Niemann-Pick bolezen tipa C: spekter mutacij HE1 in korelacije genotipa / fenotipa v skupini NPC2. Am J. J. Hum. Genet. , 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., Slotte, P. (2002). Membranske lastnosti sfingomijelinov. FEBS Pisma, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Sfingomijelin - interakcije s holesterolom v bioloških in modelnih membranah. Kemija in fizika lipidov, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemija lipidov, lipoproteinov in membran. V Novi izčrpni biokemiji Vol. 36 (4. izdaja). Elsevier.