Den kardiolipin, også kjent som difosfatidylglycerol, er et lipid glicerofosfolípidos familie og gruppen av poliglicerofosfolípidos. Det finnes i mitokondriell membran av eukaryote organismer, i plasmamembranen til mange bakterier, og også i noen archaea.
Det ble oppdaget av Pangborn i 1942 fra analysen av membranlipidene i hjertevevet til en storfe. Strukturen ble foreslått i 1956 og kjemisk syntese skjedde omtrent ti år senere.
Struktur av kardiolipin (kilde: Edgar181 via Wikimedia Commons)
Noen forfattere vurderer at dets tilstedeværelse er begrenset til ATP-produserende membraner, for eksempel i tilfelle av mitokondrier i eukaryoter, plasmamembraner i bakterier og hydrogensomer (mitokondriellignende organeller) hos visse protister.
Det faktum at kardiolipin er funnet i mitokondriene og i plasmamembranen til bakterier, har blitt brukt til å forsterke basene i den endosymbiotiske teorien, som sier at mitokondrier oppsto i stamfadercellene til eukaryoter ved fagocytose av en bakterie, som så ble den avhengig av cellen og omvendt.
Dens biosyntetiske trasé ble beskrevet mellom 1970 og 1972, og senere ble det vist at det er den samme veien som forekommer i planter, gjær, sopp og virvelløse dyr. Det er ikke veldig rikelig lipid, men celler krever at den skal fungere ordentlig.
Viktigheten av dette fosfolipidet for mitokondriene og derfor for cellulær metabolisme, er tydelig når funksjonsfeil i de metabolske traséene som er forbundet med den, gir en menneskelig patologi kjent som Barths syndrom (hjerte-skjelett myopati).
Struktur
Kardiolipin eller difosfatidylglyserol består av to molekyler fosfatidinsyre (den enkleste fosfolipid) koblet sammen gjennom et glyserolmolekyl.
Fosfatidinsyre, et av de vanlige mellomproduktene i de biosyntetiske traséene til andre fosfolipider, består av et glyserol 3-fosfatmolekyl som to fettsyrekjeder er forestret på i stillingene til karbon 1 og 2, så det er også kjent som 1,2-diacylglycerol 3-fosfat.
Derfor er cardiolipin sammensatt av tre glyserolmolekyler: en sentral glyserol, festet til en fosfatgruppe ved karbon 1, en annen fosfatgruppe ved karbon 3, og en hydroksylgruppe ved karbon 2; og to "side" glyseroler.
De to "side" glyserolmolekylene er festet til det sentrale molekylet av "glyserolbroer" gjennom karbonene deres i stilling 3. Ved karbonatene i stilling 1 og 2, er to fettsyrekjeder med lengde og metning esterifiserte. variabel.
Cardiolipin er en lipid som kanskje eller ikke kan danne dobbeltlag, avhengig av tilstedeværelse eller fravær av toverdige kationer. Dette har sammenheng med at det er et symmetrisk molekyl, noe som gjør det viktig i membraner som er ansvarlige for energitransduksjonsprosesser.
I likhet med de andre lipidene i gruppen polyglycerofosfolipider har kardiolipin flere hydroksylgrupper som kan tjene til binding av fettsyrer. Derfor har den flere posisjonsstereoisomerer.
Fettsyrene dine
Ulike studier har bestemt at fettsyrene festet til sideglyserolmolekylene av kardiolipin typisk er umettede, men graden av umettethet er ikke bestemt.
Så disse fettsyrene kan være 14-22 karbon i lengde og 0-6 dobbeltbindinger. Dette og det faktum at kardiolipin har fire koblede fettsyremolekyler, innebærer at det kan være flere variabler og kombinasjoner av dette fosfolipidet.
syntese
Kardiolipinbiosyntese begynner som forventet med syntese av fosfatidinsyre eller 1,2-diacylglycerol 3-fosfat fra glyserol 3-fosfat og fettsyrer. Denne prosessen skjer i mitokondriene til eukaryoter og i plasmamembranen til bakterier.
Syntese i eukaryoter
Etter å ha blitt dannet, reagerer fosfatidinsyre med et høyt energi-molekyl analogt med ATP: CTP. Da dannes et mellomprodukt, også med høy energi, kjent som fosfatidyl-CMP. Den aktiverte fosfatidylgruppen overføres til hydroksylgruppen i Cl-posisjonen til det sentrale glyserolmolekylet som fungerer som ryggraden.
Denne prosessen resulterer i et molekyl kalt fosfatidylglyserofosfat, som hydrolyseres for å gi fosfatidylglyserol. Denne mottar en annen fosfatidylgruppe aktivert fra et annet fosfatidyl-CMP-molekyl, en reaksjon katalysert av en fosfatidyltransferase også kjent som kardiolipinsyntase.
Enzymet kardiolipinsyntase ligger i den indre mitokondrielle membranen og ser ut til å danne et stort kompleks, i det minste i gjær. Dets gen kommer til uttrykk i store mengder i vev som er rike på mitokondrier som hjerte, lever og skjelettmuskel hos virveldyr.
Reguleringen av dens aktivitet avhenger i stor grad av de samme transkripsjonsfaktorene og endokrine faktorer som modulerer mitokondriell biogenese.
Når den er syntetisert i den indre mitokondrielle membranen, må kardiolipin omplasseres mot den ytre mitokondrielle membranen slik at en serie topologiske prosesser finner sted i membranen og andre strukturelle elementer av denne blir imøtekommet.
Syntese i prokaryoter
Kardiolipininnholdet i bakterier kan være veldig varierende og avhenger hovedsakelig av den fysiologiske tilstanden til cellene: det er vanligvis mindre rikelig i den eksponentielle vekstfasen og mer rikelig når det er reduksjon av det (for eksempel i den stasjonære fasen).
Den biosyntetiske veien kan utløses av forskjellige belastende stimuli som energimangel eller osmotisk stress.
Frem til dannelsen av fosfatidylglyserol er prosessen i eukaryoter og prokaryoter ekvivalent, men i prokaryoter mottar fosfatidylglyserol ved transesterifisering en fosfatidylgruppe fra et annet fosfatidylglyserolmolekyl. Denne reaksjonen katalyseres av et fosfolipase D-type enzym, også kjent som kardiolipinsyntase.
Denne reaksjonen er kjent som "transfosfatidyleringsreaksjonen" (fra den engelske "transfosfatidyleringen"), der den ene av fosfatidylglyserolene fungerer som en giver for fosfatidylgruppen og den andre som en akseptor.
Egenskaper
De fysiske egenskapene til kardiolipinmolekyler tillater tilsynelatende visse interaksjoner som spiller viktige roller i strukturell organisering av membranene der de finnes.
Blant disse funksjonene er diskriminering av noen membrandomener, interaksjonen eller "crossover" med transmembranproteiner eller deres underdomener, blant andre.
Takket være dets fysisk-kjemiske egenskaper blir kardiolipin anerkjent som en lipid som ikke danner et dobbeltlag, men hvis funksjon kan være å stabilisere og "imøtekomme" transmembranproteiner i lipid-dobbeltlag.
Spesielt dens elektriske egenskaper gir den funksjoner i protonoverføringsprosessene som foregår i mitokondriene.
Selv om celler kan overleve uten dette fosfolipidet, har noen studier bestemt at det er nødvendig for optimal funksjon.
referanser
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Forstå mangfoldet av membranlipidsammensetning. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membran strukturell biologi: med biokjemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. utg.). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membranlipider: hvor de er og hvordan de oppfører seg. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokjemi av lipider, lipoproteiner og membraner. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. utg.). Elsevier.