Den cardiolipin, også kendt som diphosphatidylglycerol, er et lipid glicerofosfolípidos familie og gruppen af poliglicerofosfolípidos. Det findes i mitokondrielle membranen af eukaryote organismer, i plasmamembranen hos mange bakterier og også i nogle archaea.
Det blev opdaget af Pangborn i 1942 fra analysen af membranlipiderne i et kvægs hjertevæv. Dens struktur blev foreslået i 1956, og kemisk syntese fandt sted cirka 10 år senere.
Struktur af Cardiolipin (Kilde: Edgar181 via Wikimedia Commons)
Nogle forfattere mener, at dens tilstedeværelse er begrænset til ATP-producerende membraner, såsom i tilfælde af mitokondrier i eukaryoter, plasmamembraner i bakterier og hydrogensomer (mitokondrielle lignende organeller) i visse protister.
Det faktum, at cardiolipin findes i mitochondria og i plasmamembranen af bakterier, er blevet brugt til at forstærke baserne i den endosymbiotiske teori, der siger, at mitochondria opstod i forfadercellerne til eukaryoter ved fagocytose af en bakterie, som derefter blev det afhængig af cellen og vice versa.
Dens biosyntetiske vej i dyr blev beskrevet mellem 1970 og 1972, og senere blev det vist, at det er den samme vej, der forekommer i planter, gær, svamp og hvirvelløse dyr. Det er ikke et meget rigeligt lipid, men celler kræver, at det fungerer korrekt.
Vigtigheden af dette phospholipid for mitokondrierne og derfor for cellulær metabolisme er tydeligt, når funktionssvigtet i de metaboliske veje, der er forbundet med det, frembringer en menneskelig patologi kendt som Barths syndrom (hjerte-skelet-myopati).
Struktur
Cardiolipin eller diphosphatidylglycerol består af to molekyler phosphatidinsyre (det enkleste phospholipid) bundet sammen gennem et glycerolmolekyle.
Phosphatidinsyre, et af de almindelige mellemprodukter i de biosyntetiske veje for andre phospholipider, består af et glycerol-3-phosphatmolekyle, hvortil to fedtsyrekæder er forestret i positionerne i kulstof 1 og 2, så det er også kendt som 1,2-diacylglycerol 3-phosphat.
Derfor er cardiolipin sammensat af tre glycerolmolekyler: en central glycerol bundet til en phosphatgruppe ved carbon 1, en anden phosphatgruppe ved carbon 3 og en hydroxylgruppe ved carbon 2; og to "side" glyceroler.
De to "side" -glycerolmolekyler er bundet til det centrale molekyle ved "glycerolbroer" gennem deres kulstof i position 3. Ved carbonerne i positionerne 1 og 2 esterificeres to fedtsyrekæder med længde og mætning. variabel.
Cardiolipin er et lipid, der muligvis danner dobbeltlag, afhængigt af tilstedeværelsen eller fraværet af divalente kationer. Dette hænger sammen med det faktum, at det er et symmetrisk molekyle, hvilket gør det vigtigt i membraner, der er ansvarlige for energitransduktionsprocesser.
Som de andre lipider i gruppen af polyglycerophospholipider har cardiolipin adskillige hydroxylgrupper, der kan tjene til binding af fedtsyrer. Derfor har den flere positionelle stereoisomerer.
Dine fedtsyrer
Forskellige undersøgelser har bestemt, at fedtsyrerne bundet til sideglycerolmolekylerne i cardiolipin typisk er umættede, men graden af umættelse er ikke blevet bestemt.
Så sådanne fedtsyrer kan være 14-22 carbonatomer i længde og 0-6 dobbeltbindinger. Dette og det faktum, at cardiolipin har fire bundne fedtsyremolekyler, indebærer, at der kan være flere variabler og kombinationer af dette phospholipid.
syntese
Cardiolipin-biosyntese begynder som forventet med syntese af phosphatidinsyre eller 1,2-diacylglycerol 3-phosphat fra glycerol 3-phosphat og fedtsyrer. Denne proces forekommer i mitokondrier af eukaryoter og i plasmamembranen af bakterier.
Syntese i eukaryoter
Efter dannelse reagerer phosphatidinsyre med et højenergimolekyle analogt med ATP: CTP. Derefter dannes et mellemprodukt, også med høj energi, kendt som phosphatidyl-CMP. Den aktiverede phosphatidylgruppe overføres til hydroxylgruppen i Cl-positionen i det centrale glycerolmolekyle, der tjener som rygraden.
Denne proces resulterer i et molekyle kaldet phosphatidylglycerophosphat, som hydrolyseres for at give phosphatidylglycerol. Dette modtager en anden phosphatidylgruppe aktiveret fra et andet phosphatidyl-CMP-molekyle, en reaktion katalyseret af en phosphatidyltransferase også kendt som cardiolipinsynthase.
Enzymet cardiolipinsynthase findes i den indre mitochondriale membran og ser ud til at danne et stort kompleks, i det mindste i gær. Dets gen udtrykkes i store mængder i væv rige på mitokondrier såsom hjerte, lever og knoglemuskler hos hvirveldyr.
Reguleringen af dens aktivitet afhænger i vid udstrækning af de samme transkriptionsfaktorer og endokrine faktorer, som modulerer mitokondrial biogenese.
Når den er syntetiseret i den indre mitokondriske membran, skal cardiolipin omplaceres mod den ydre mitokondrielle membran, således at en række topologiske processer finder sted i membranen og andre strukturelle elementer af den samme imødekommes.
Syntese i prokaryoter
Cardiolipinindholdet i bakterier kan være meget varierende og afhænger hovedsageligt af den fysiologiske tilstand af cellerne: det er normalt mindre rigeligt i den eksponentielle vækstfase og mere rigeligt, når der er reduktion af det (i f.eks. Den stationære fase).
Dens biosyntetiske vej kan udløses af forskellige stressende stimuli, såsom energimangel eller osmotisk stress.
Indtil dannelsen af phosphatidylglycerol er processen i eukaryoter og prokaryoter ækvivalent, men i prokaryoter modtager phosphatidylglycerol ved transesterificering en phosphatidylgruppe fra et andet phosphatidylglycerolmolekyle. Denne reaktion katalyseres af et phospholipase D-type enzym, også kendt som cardiolipinsyntase.
Denne reaktion er kendt som "transphosphatidylation" -reaktionen (fra den engelske "transphosphatidylation"), hvor den ene af phosphatidylglyceroler fungerer som en donor af phosphatidylgruppen og den anden som en acceptor.
Funktioner
De fysiske egenskaber ved cardiolipinmolekyler tillader tilsyneladende visse interaktioner, der spiller vigtige roller i den strukturelle organisering af membranerne, hvor de findes.
Blandt disse funktioner er diskrimination af nogle membrandomæner, interaktionen eller "crossover" med transmembranproteiner eller deres underdomæner blandt andre.
Takket være dets fysisk-kemiske egenskaber anerkendes cardiolipin som et lipid, der ikke danner et dobbeltlag, men hvis funktion kan være at stabilisere og "rumme" transmembranproteiner i lipid-dobbeltlag.
Dets elektriske egenskaber giver især det funktioner i protonoverførselsprocesserne, der finder sted i mitokondrierne.
Selvom celler kan overleve uden dette phospholipid, har nogle undersøgelser fastslået, at det er nødvendigt for deres optimale funktion.
Referencer
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). At forstå mangfoldigheden af membranlipidsammensætning. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. udgave). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membranlipider: hvor de er, og hvordan de opfører sig. Naturanmeldelser, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemi af lipider, lipoproteiner og membraner. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. udg.). Elsevier.