Fosfatidiletanolamin (PE) je glycerophospholipid abundande v plazemskih membranah prokariontih. Nasprotno, v evkariontskih celičnih membranah je to drugi najpogostejši glicerofosfolipid na notranji strani plazemske membrane po fosfatidilholinu.
Kljub številčnosti fosfatidiletanolamina njegova številčnost ni odvisna samo od vrste celice, temveč tudi oddelka in trenutka določenega življenjskega cikla celice.
Molekula fosfatidiletanolamina
Biološke membrane so ovire, ki definirajo celične organizme. Imajo ne samo zaščitne in izolacijske funkcije, ampak so tudi ključne za vzpostavitev beljakovin, ki za svoje optimalno delovanje potrebujejo hidrofobno okolje.
Tako evkarioti kot prokarioti imajo membrane, sestavljene večinoma iz glicerofosfolipidov in v manjši meri sfingolipidi in steroli.
Glicerofosfolipidi so amfipatične molekule, strukturirane na hrbtenici L-glicerola, ki jo na mestih sn-1 in sn-2 esterificirata z dvema maščobnima kislinama različnih dolžin in stopnje nasičenosti. V hidroksilu položaja sn-3 ga esterificiramo s fosfatno skupino, na katero se lahko nato vežejo različne vrste molekul, ki povzročajo različne razrede glicerofosfolipidov.
V celičnem svetu obstaja veliko raznolikosti glicerofosfolipidov, vendar so najbolj obiskani fosfatidilholin (PC), fosfatidiletanolamin (PE), fosfatidilserin (PS), fosfatidilinozitol (PI), fosfatidna kislina (PA), fosfatidil (fosfatidil) kardiolipin (CL).
Struktura
Baer et al. Sta leta 1952 odkrila strukturo fosfatidiletanolamina. Kot je bilo eksperimentalno določeno za vse glicerofosfolipide, je fosfatidiletanolamin sestavljen iz molekule glicerola, esterificirane na položajih sn-1 in sn-2 s kislinskimi verigami maščobe z 16 do 20 atomi ogljika.
Maščobne kisline, esterificirane v hidroksilu sn-1, so na splošno nasičene (brez dvojnih vezi) z največjo dolžino 18 atomov ogljika, medtem ko so verige, povezane v položaju sn-2, daljše in z eno ali več nenasičenji ( dvojne vezi).
Stopnja nasičenosti teh verig prispeva k elastičnosti membrane, kar ima velik vpliv na vstavljanje in sekvestracijo beljakovin v dvoslojni.
Fosfatidiletanolamin velja za ne-lamelarni glicerofosfolipid, saj ima stožčasto geometrijsko obliko. To obliko dobi majhna velikost njegove polarne skupine ali "glave" glede na verige maščobnih kislin, ki jih sestavljajo hidrofobni "repi".
"Glava" ali polarna skupina fosfatidiletanolamina ima zwitterionski značaj, to je, da ima skupine, ki se lahko v določenih pH vrednostih pozitivno in negativno nabijejo.
Ta lastnost mu omogoča vezanje vodika z velikim številom aminokislinskih ostankov, njegova porazdelitev naboja pa je bistvena determinanta za domeno topologijo številnih integralnih membranskih proteinov.
Biosinteza
V evkariontskih celicah je sinteza strukturnih lipidov geografsko omejena, glavno mesto biosinteze pa je endoplazemski retikulum (ER) in v manjši meri Golgijev aparat.
Za proizvodnjo fosfatidiletanolamina obstajajo štiri neodvisne poti biosintetike: (1) pot CDP-etanolamina, znana tudi kot pot Kennedy; (2) pot PSD za dekarboksilacijo fosfatidilserina (PS); (3) acilacija lizo-PE in (4) reakcije sprememb baze polarne skupine drugih glicerofosfolipidov.
Pot Kennedyja
Po tej poti je biosinteza fosfatidiletanolamina omejena na ER in dokazano je, da je v jetrnih celicah hrčka glavna pot proizvodnje. Sestavljen je iz treh zaporednih encimskih korakov, kataliziranih s tremi različnimi encimi.
V prvem koraku se fosfoetanolamin in ADP tvorita zahvaljujoč delovanju etanolamin kinaze, ki katalizira ATP-odvisno fosforilacijo etanolamina.
Za razliko od rastlin niti sesalci in kvasovke ne morejo proizvajati tega substrata, zato ga je treba zaužiti v prehrani ali pridobiti z razgradnjo že obstoječih molekul fosfatidiletanolamina ali sfingozina.
Fosfoetanolamin uporablja CTP: fosfoetanolamin citidiltransferaza (ET) za tvorbo visokoenergijske spojine CDP: etanolamin in anorganski fosfat.
1,2-diacilglicerol-etanolamin-fosfotransferaza (ETP) porablja energijo, ki jo vsebuje vez CDP-etanolamina, da kovalentno veže etanolamin na molekulo diaciglicerola, vstavljenega v membrano, in povzroči fosfatidiletanolamin.
PSD poti
Ta pot deluje tako pri prokariotih kot pri kvasovkah in sesalcih. Pri bakterijah se pojavlja v plazemski membrani, pri evkariontih pa na območju endoplazemskega retikuluma, ki je tesno povezan z mitohondrijsko membrano.
Pri sesalcih pot katalizira en sam encim, fosfatidilserin dekarboksilaza (PSD1p), ki je vgrajen v mitohondrijsko membrano, katere gen kodira jedro. Reakcija vključuje dekarboksilacijo PS v fosfatidiletanolamin.
Preostali dve poti (acilacija PE-lizo in izmenjava kalcija, odvisna od polarne skupine) se pojavita v endoplazmatskem retikuluu, vendar ne prispevata bistveno k skupni proizvodnji fosfatidiletanolamina v evkariontskih celicah.
Lastnosti
Glicerofosfolipidi imajo v celici tri glavne funkcije, med katerimi izstopajo strukturne funkcije, shranjevanje energije in celična signalizacija.
Fosfatidiletanolamin je povezan s sidranjem, stabilizacijo in zlaganjem več membranskih beljakovin, pa tudi s konformacijskimi spremembami, potrebnimi za delovanje številnih encimov.
Obstajajo eksperimentalni dokazi, ki predlagajo fosfatidiletanolamin kot ključni glicerofosfolipid v pozni fazi telofaze, med tvorbo kontraktilnega obroča in vzpostavitvijo fragmoplasta, ki omogoča delitev membrane obeh hčerinskih celic.
Prav tako ima pomembno vlogo pri vseh procesih fuzije in fisije (združevanja in ločevanja) membran tako endoplazmatskega retikuluma kot Golgijevega aparata.
V E. coli je bilo dokazano, da je fosfatidiletanolamin potreben za pravilno zlaganje in delovanje encimske laktozne permeze, zato se domneva, da ima vlogo molekulskega „chaperona“.
Fosfatidiletanolamin je glavni darovalec molekule etanolamina, potrebnega za post-translacijsko modifikacijo številnih beljakovin, kot so sidra GPI.
Ta glicerofosfolipid je predhodnik številnih molekul z encimsko aktivnostjo. Poleg tega lahko molekule, pridobljene iz njegove presnove, kot tudi diacilglicerol, fosfatidna kislina in nekatere maščobne kisline delujejo kot drugi glasniki. Poleg tega je pomemben substrat za proizvodnjo fosfatidilholina.
Reference
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, in van Golde, LMG (1999). Hitro ločevanje in identifikacija molekulskih vrst fosfatidiletanolamina. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Pridobljeno od jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Fosfatidiletanolamin, proizveden v notranji mitohondrijski membrani, je nujen za kompleksno delovanje citokroma bc1 kvasovk 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Presnova fosfatidiletanolamina v zdravju in boleznih. Mednarodni pregled celične in molekularne biologije (letnik 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Kennedyjeva pot - nova sinteza fosfatidiletanolamina in fosfatidilholina. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Pridobljeno z cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, in Marsh, D. (1984). Rentgenska difrakcijska študija polimorfizma hidriranih diacil- in dialkilfosfatidiletanolaminov. Biokemija, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Podprti lipidni dvoplastniki s fosfatidiletanolaminom kot glavno sestavino. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Membranski lipidi: kje so in kako se obnašajo. Nature Reviews, 9, 112–124.
- Vance, JE (2003). Molekularna in celična biologija metabolizma fosfatidilserina in fosfatidiletanolamina. V K. Moldave (ur.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Akademski tisk.
- Vance, JE (2008). Fosfatidilserin in fosfatidiletanolamin v celicah sesalcev: dva presnovno povezana aminofosfolipida. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Nastajanje in delovanje fosfatidilserina in fosfatidiletanolamina v celicah sesalcev. Biochimica et Biophysica Acta - Molekularna in celična biologija lipidov, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X. in Zeisel, SH (2003). Aktivnost fosfatidiletanolamina-N-metiltransferaze in prehranski holin uravnavata jetrni plazemski lipidni tok in presnovo esencialnih maščobnih kislin pri miših. Časopis za prehrano, 133 (11), 3386–3391.