SPHINGOMYELIN: STRUKTUR, FUNKSJONER, SYNTESE OG METABOLISME - BIOLOGI - 2026

Den sphingomyelin er de mest tallrike sphingolipids i animalsk vev: er kjent for å forekomme i alle cellemembraner studert hittil. Det har strukturelle likheter med fosfatidylkolin når det gjelder den polare hodegruppen, så den er også klassifisert som et fosfolipid (fosfosfingolipid).

På 1880-tallet isolerte forskeren Johann Thudichum en eteroppløselig lipidkomponent fra hjernevevet og kalte den sfingomyelin. Senere, i 1927, ble strukturen til dette sfingolipid rapportert som N-acyl-sfingosin-1-fosfokolin.

Struktur av sphingomyelin (Kilde: Jag123 på engelsk Wikipedia, via Wikimedia Commons)

Som de andre sfingolipider har sfingomyelin både strukturelle og cellesignaliserende funksjoner, og er spesielt rikelig i nervevev, spesielt myelin, et skjede som dekker og isolerer aksonene til visse nevroner.

Distribusjonen er blitt studert gjennom subcellulær fraksjonering og enzymatiske nedbrytningsforsøk med sfingomyelinaser, og resultatene indikerer at mer enn halvparten av sfingomyelin i eukaryote celler finnes i plasmamembranen. Dette avhenger imidlertid av celletypen. I fibroblaster utgjør det for eksempel nesten 90% av de totale lipidene.

Dysregulering av syntesen og metabolismeprosessene til denne lipiden fører til utvikling av komplekse patologier eller lipidose. Et eksempel på disse er arvelig Niemann-Pick sykdom, preget av hepatosplenomegaly og progressiv nevrologisk dysfunksjon.

Struktur

Sphingomyelin er et amfipatisk molekyl sammensatt av et polart hode og to apolare haler. Den polare hodegruppen er et fosfokolinmolekyl, så det kan se ut som glyserofosfolipid fosfatidylkolin (PC). Imidlertid er det vesentlige forskjeller med hensyn til det grenseflate og hydrofobe området mellom disse to molekylene.

Den vanligste basen i et sphingomyelin-molekyl fra pattedyr er ceramid, sammensatt av sfingosin (1,3-dihydroxy-2-amino-4-octadecene), som har en trans-dobbeltbinding mellom karbonatomer i stilling 4 og 5 av hydrokarbonkjeden. Det mettede derivatet, sfinganin, er også vanlig, men finnes i mindre grad.

Lengden på de hydrofobe halene i sfingomyelin varierer fra 16 til 24 karbonatomer, og fettsyresammensetningen varierer avhengig av vevet.

Sfingomyeliner i den hvite substansen i den menneskelige hjerne har for eksempel nervonsyre, de i grått materiale inneholder hovedsakelig stearinsyre, og den utbredte formen på blodplater er arachidonat.

Det er generelt en forskjell i lengde mellom de to fettsyrekjedene i sfingomyelin, som ser ut til å favorisere "interdigitasjons" -fenomener mellom hydrokarboner i motsatte monolag. Dette gir membranen spesiell stabilitet og spesielle egenskaper sammenlignet med andre membraner som er dårligere i dette sfingolipidet.

I grenseflateområdet til molekylet har sfingomyelin en amidgruppe og en fri hydroksyl ved karbon 3, som kan tjene som hydrogengebindingsdonorer og akseptorer for intra- og intermolekylære bindinger, viktig i definisjonen av sidedomener og interaksjon. med forskjellige typer molekyler.

Egenskaper

-Signaling

Produktene fra sfingosinmetabolisme -ceramid, sfingosin, sfingosin 1-fosfat og diacylglycerol-, er viktige celleeffektorer og gir det en rolle i flere cellulære funksjoner, som apoptose, utvikling og aldring, cellesignalering, blant andre.

-Struktur

Takket være den tredimensjonale “sylindriske” strukturen i sfingomyelin kan denne lipiden danne mer kompakte og ordnede membrandomener, noe som har viktige funksjonelle implikasjoner fra proteinets synspunkt, siden den kan etablere spesifikke domener for noen integrerte membranproteiner.

I lipid "flåter" og caveolae

Lipidflåtene, membranfasene eller bestilte mikrodomener av sfingolipider slik som sfingomyelin, noen glyserofosfolipider og kolesterol, representerer stabile plattformer for assosiasjon av membranproteiner med forskjellige funksjoner (reseptorer, transportører, etc.).

Caveolae er invagasjoner av plasmamembranen som rekrutterer proteiner med GPI-ankere og er også rike på sfingomyelin.

Angående kolesterol

På grunn av dens strukturelle stivhet påvirker kolesterol strukturen i cellemembranene, spesielt i aspekter relatert til fluiditet, og det er derfor det anses som et essensielt element.

Fordi sfingomyeliner har både hydrogengjengelsesdonorer og akseptorer, antas de at de er i stand til å danne mer "stabile" interaksjoner med kolesterolmolekyler. Av denne grunn sies det at det er en positiv sammenheng mellom nivåene av kolesterol og sfingomyelin i membranene.

syntese

Syntesen av sfingomyelin skjer i Golgi-komplekset, der ceramidet som transporteres fra endoplasmatisk retikulum (ER) modifiseres ved overføring av et fosfokolinmolekyl fra fosfatidylkolin, samtidig som et diacylglycerolmolekyl frigis. Reaksjonen katalyseres av SM-syntase (ceramid: fosfatidylkolinfosfokolintransferase).

Det er også en annen vei for sfingomyelinproduksjon som kan skje ved å overføre en fosfoetanolamin fra fosfatidyletanolamin (PE) til ceramid, med påfølgende metylering av fosfoetanolamin. Dette antas å være spesielt viktig i noen PE-rike nervevev.

Sphingomyelin-syntase finnes på luminalsiden av Golgi-kompleksmembranen, noe som er i samsvar med den ekstracytoplasmatiske plasseringen av sfingomyelin i de fleste celler.

På grunn av egenskapene til den polare gruppen av sfingomyelin og det tilsynelatende fraværet av spesifikke translokaser, avhenger den lipologiske orienteringen av dette lipidet av enzymsyntasen.

metabolisme

Nedbryting av sfingomyelin kan forekomme i både plasmamembranen og lysosomer. Lysosomal hydrolyse til ceramid og fosfokolin er avhengig av sur sphingomyelinase, et løselig lysosomalt glykoprotein hvis aktivitet har en optimal pH på rundt 4,5.

Hydrolyse i plasmamembranen katalyseres av en sfingomyelinase som fungerer ved pH 7,4 og som krever toverdige magnesium- eller manganioner for å kunne fungere. Andre enzymer som er involvert i metabolismen og resirkuleringen av sfingomyelin finnes i forskjellige organeller som kobles sammen med vesikulære transportveier.

referanser

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sphingomyelin: biofysiske aspekter. Lipids Chemistry and Physics, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid biokjemi. (D. Hanahan, red.), Handbook of Lipid Research 3 (1. utg.). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracellulær transport og metabolisme av sfingomyelin. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. utg.). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K., … Vanier, MT (2001). Niemann-Pick Disease Type C: Spectrum of HE1 Mutations and Genotype / Phenotype Correlations in NPC2 Group. Am. J. Hum. Genet. , 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Membranegenskaper hos sfingomyeliner. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Sphingomyelin - kolesterolinteraksjoner i biologiske membraner og modeller. Lipistry Chemistry and Physics, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokjemi av lipider, lipoproteiner og membraner. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. utg.). Elsevier.