Сфинголипид
| Сфинголипид | |
| Идентификатори | |
|---|---|
| MeSH | D013107 |
| ChEBI | 26739 |
| Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго. | |
| Сфинголипид в Общомедия | |
Сфинголипидите са клас липиди, участващи в структурата на клетъчната мембрана при почти всички еукариотните организми. Химическият строеж на сфинголипидите включва наличието на амино алкохола сфингозин или негови производни, както и остатък от мастна киселина. Сфинголипидната молекула притежава полярна глава и две неполярни опашки. За първи път сфинголипидите са описани през 70-те години на 19 век, от германския биохимик Йохан Тудикум, който дава и името на този клас съединения позовавайки се на енигматичната им за това време биологична роля и оприличавайки ги на митологичното същество Сфинкс [1][2]. Известни са множество различни вида сфинголипиди, като при хората те са над 60 [2], а при растенията разнообразието е значително по-голямо. Сфинголипидите участват в процесите на клетъчна сигнализация и междуклетъчно разпознаване, като същевременно осигуряват и механичната устойчивост и частичната химическа инертност на клетъчната мембрана. При бозайниците, включително и човек, смущения в сфинголипидния метаболизъм причиняват заболявания известни с обобщеното име сфинголипидози, със сериозни последици за нервните тъкани.
Структура и видове
[редактиране | редактиране на кода]Отличителна черта на сфинголипидите е тяхната структура, изградена на основата на аминоалкохола сфингозин (или негови производни) и остатък от мастна киселина, свързани посредством амидна връзка. Амидната връзка е образувана при кондензационна реакция между аминогрупата на сфингозина и карбоксилната група на мастната киселина. Тази базова структура се означава като церамид и се разглежда като предшественик на останалите типове сфинголипиди. В зависимост от остатъка, свързан с хидроксилната група на сфингозина, се разграничават три основни типа сфинголипиди:
- Първата група е известна като сфингомиелини и при нея хидроксилната група на сфингозина е свързана с фосфохолин или фосфоетаноламин.
- Втората група се означава като гликосфинголипиди и за нея е характерно наличието на един или повече монозахаридни остатъци, свързани с хидроксилната група на сфингозина. Специфична подгрупа са така наречените цереброзиди, при които има един остатък от глюкоза или галактоза.
- Третата група сфинголипиди се нарича ганглиозиди и характерното за нея е наличието на поне три монозахаридни остатъка, единият от които е задължително сиалова киселина.
Разнообразието в отделните групи сфинголипиди се дължи на наличието на специфичен тип мастна киселина и определен тип въглехидратни остатъци или фосфоалкохоли.
Метаболизъм на сфинголипиди при бозайници
[редактиране | редактиране на кода]Биосинтезата на сфинголипи при бозайниците започва с формирането на 3-кетодихидросфингозин посредством каталитичното действие на ензима серин-палмитоилтрансфераза.[3] Предпочитани субстрати за тази реакция са палмитоил-KoA и серин. Изследванията показват, че този ензим е способен да използва и други мастни киселини, свързани с коензим A[4] и няколко други аминокиселини, различни от серин.[5] Следваща стъпка е редукцията на 3-кетодихидросфингозина в дихидросфингозин, който от своя страна се ацилира (добавя се мастна киселина), посредством ензими от групата на (дихидро)церамидсинтазите. Крайният продукт е дихидроцерамид.[6] Дихидроцерамидът се трансформира в церамид с участието на ензима дихидроцерамиддесатураза.[7]
Церамидът има различна метаболитна съдба в зависимост от посоката на синтеза към определен тип сфинголипид. Церамидът може да се фосфорилира от ензима церамидкиназа до формирането на церамид-1-фосфат. Друг тип реакция е гликозилирането на церамид под действието на ензимите глюкозилцерамидсинтаза или галактоцерамидсинтаза. Трети вариант е превръщането на церамида в сфингомиелин посредством присъединяването на фосфорилхолин в резултат на ензимна реакция с участието на ензима сфингомиелинсинтаза. Друг възможен вариант, водещ до катаболитното разграждане на церамид до сфингозин, е под действие на ензима церамидаза.
Метаболитните пътища, водещи до разграждането на сфинголипиди, обикновено са хидролитични реакции, при които се получават церамид и съответните остатъци. Гликосфинголипидите се разграждат до глюкозилцерамид и галактозилцерамид, които след действието на съответните бетагалактозидази или бетаглюкозидази водят до освобождаването на церамид и галактоза или глюкоза. Най-простите гликосфинголипиди (цереброзиди) са галактозилцерамид (GalCer) и глюкозилцерамид (GlcCer). GalCer е основният липид на миелина, докато GlcCer е основният гликосфинголипид на екстраневралните тъкани и прекурсор на повечето от по-сложните гликосфинголипиди. GalCer се образува в реакция между церамид и уридин дифосфат галактоза (UDPGal) (образувана чрез епимеризация от UDPGlc. Сулфогалактозилцерамид и други сулфолипиди като сулфоглицеролипиди и стероидните сулфати се образуват след по-нататъшни реакции, включващи 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосулфат. Ганглиозидите се синтезират от церамид в резултат на поетапното добавяне на активирани захари (например UDPGlc и UDPGal) и на сиалова киселина, обикновено N-ацетилневраминова киселина. Могат да бъдат синтезирани голям брой ганглиозиди с нарастващо молекулно тегло. Повечето от ензимите, прехвърлящи захари от нуклеотидни захари (гликозил трансферази), се намират в апарата на Голджи.[8]
Единствения път, по който сфинголипидите се трансформират в друг тип органични съединения, е с участието на ензима сфингозин-1-фосфатлиаза. Крайни продукти на реакцията са фосфоетаноламин и хексадеценал [9].
Функции на сфинголипидите при бозайници и човек
[редактиране | редактиране на кода]Основната функция на сфинголипидите е защитата на клетъчната повърхност от факторите на околната среда посредством допринасяне за формирането на стабилен и химически инертен външен слой на клетъчната мембрана. Някои типове сфинголипиди, като например гликосфинголипидите, са натоварени със специфични функции в междуклетъчното разпознаване и клетъчната сигнализация. Разпознаването на отделен тип клетки до известна степен зависи от физичните свойства на сфинголипидите от клетъчната мембрана, докато клетъчната сигнализация разчита на специфични взаимодействия с участието на полярните групи на сфинголипидите (най-често гликановите остатъци).
Някои са антигени, като например ABO кръвно груповите антифени. Определени ганглиозиди функционират като рецептори за бактериални токсини – например за холерния токсин, който впоследствие активира аденилилциклазата.[8]
Някои изследвания сочат, че относително прости сфинголипиди и техни метаболити, като церамид, са отговорни за посредничеството в редица сигнални пътища свързани с апоптозата, клетъчния растеж и отговорите в резултат на стрес.[10][11]
Източници
[редактиране | редактиране на кода]- ↑ Chun, J.; Hartung, H.P. Mechanism of Action of Oral Fingolimod (FTY720) in Multiple Sclerosis. Clin. Neuropharmacol. 2010, 33(2), 91 – 101.
- ↑ а б Nelson DL, Cox MM. Lehninger's Principles of Biochemistry. 4th. New York, New York, W. H. Freeman and Company, 2005.
- ↑ Merrill. „Characterization of serine palmitoyltransferase activity in Chinese hamster ovary cells.“ Biochim Biophys Acta (1983) 754(3):284 – 91.
- ↑ Merrill and Williams. „Utilization of different fatty acyl-CoA thioesters by serine palmitoyltransferase from rat brain“. Journal of Lipid Research (1984) 25 (2): 185 – 188.
- ↑ Zitomer NC, Mitchell T, Voss KA, Bondy GS, Pruett ST, Garnier-Amblard EC, Liebeskind LS, Park H, Wang E, Sullards MC, Merrill AH Jr, Riley RT. „Ceramide Synthase Inhibition by Fumonisin B1 Causes Accumulation of 1-Deoxysphinganine: A Novel Category of Bioactive 1-Deoxysphingoid Bases And 1-Deoxydihydroceramides Biosynthesized By Mammalian Cell Lines And Animals“. Journal of Biological Chemistry (2009) 284 (8): 4786 – 4795.
- ↑ Pewzner-Jung et al. „When do Lasses (longevity assurrance genes) become CerS (ceramide synthases)?: insights into the regulation of ceramide synthesis“. Journal of Biological Chemistry. (2006) 281, 25001 – 25005.
- ↑ Causeret et al. „Further characterization of rat dihydroceramide desaturase: tissue distribution, subcellular localization, and substrate specificity“. Lipids. (2005) 35:1117 – 1125.
- ↑ а б Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. Harpers’ Illustrated Biochemistry, 31 st Edition.
- ↑ Bandhuvulua & Saba. „Sphingosine-1-phosphate lyase in immunity and cancer: silencing the siren“. Trends in Molecular Medicine. (2007) 13:210 – 217.
- ↑ Hannun YA, Obeid LM. The Ceramide-centric universe of lipid-mediated cell regulation: stress encounters of the lipid kind // J. Biol. Chem. 277 (29). Юли 2002. DOI:10.1074/jbc.R200008200. с. 25847 – 50. Архивиран от оригинала на 2009-01-31. Посетен на 2012-01-12.
- ↑ Spiegel S, Milstien S. Sphingosine 1-phosphate, a key cell signaling molecule // J. Biol. Chem. 277 (29). Юли 2002. DOI:10.1074/jbc.R200007200. с. 25851 – 4. Архивиран от оригинала на 2009-01-31. Посетен на 2012-01-12.