SPHINGOMYELIN: STRUKTUR, FUNKTIONER, SYNTESE OG METABOLISME - BIOLOGI - 2025

Den sphingomyelin er den mest rigelige sphingolipider i dyrevæv: vides at forekomme i alle cellemembraner hidtil undersøgte. Det har strukturelle ligheder med phosphatidylcholin med hensyn til den polære hovedgruppe, så det er også klassificeret som et phospholipid (phosphosphingolipid).

I 1880'erne isolerede videnskabsmand Johann Thudichum en etheropløselig lipidkomponent fra hjernevæv og kaldte den sfingomyelin. Senere, i 1927, blev strukturen af ​​dette sfingolipid rapporteret som N-acyl-sfingosin-1-phosphocholin.

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

Ligesom de andre sfingolipider har sfingomyelin både strukturelle og cellesignalerende funktioner og er især rigeligt i nervevæv, specifikt i myelin, et hylster, der dækker og isolerer visse neurons aksoner.

Dens distribution er blevet undersøgt gennem subcellulær fraktionering og enzymatisk nedbrydningsforsøg med sfingomyelinaser, og resultaterne indikerer, at mere end halvdelen af ​​sfingomyelin i eukaryote celler findes i plasmamembranen. Dette afhænger dog af celletypen. For eksempel udgør fibroblaster næsten 90% af de samlede lipider.

Dysregulering af syntesen og metabolismeprocesserne af dette lipid fører til udvikling af komplekse patologier eller lipidose. Et eksempel på disse er arvelig Niemann-Pick-sygdom, kendetegnet ved hepatosplenomegali og progressiv neurologisk dysfunktion.

Struktur

Sphingomyelin er et amfipatisk molekyle sammensat af et polært hoved og to apolære haler. Den polære hovedgruppe er et phosphocholinmolekyle, så det kan se ud som glycerophospholipid phosphatidylcholine (PC). Der er imidlertid væsentlige forskelle med hensyn til det interfaciale og hydrofobe område mellem disse to molekyler.

Den mest almindelige base i et pattedyrs sphingomyelinmolekyle er ceramid, sammensat af sphingosin (1,3-dihydroxy-2-amino-4-octadecen), som har en trans-dobbeltbinding mellem kulstofene i position 4 og 5 af carbonhydridkæden. Dets mættede derivat, sphinganin, er også almindelig, men findes i mindre grad.

Længden af ​​de hydrofobe haler i sfingomyelin spænder fra 16 til 24 carbonatomer, og fedtsyresammensætningen varierer afhængigt af vævet.

Sphingomyeliner i den hvide stof i den menneskelige hjerne har for eksempel nervonsyre, de i gråt stof indeholder hovedsageligt stearinsyre, og den fremherskende form i blodplader er arachidonat.

Der er generelt en forskel i længde mellem de to fedtsyrekæder i sfingomyelin, som synes at favorisere "interdigitations" -fænomener mellem kulbrinter i modsatte monolag. Dette giver membranen særlig stabilitet og særlige egenskaber sammenlignet med andre membraner, der er dårlige i dette sfingolipid.

I molekylets grænsefladeområde har sphingomyelin en amidgruppe og en fri hydroxyl ved carbon 3, der kan tjene som brintbindingdonorer og -acceptorer til intra- og intermolekylære bindinger, der er vigtige i definitionen af ​​sidedomæner og interaktion. med forskellige typer molekyler.

Funktioner

-Signaling

Produkterne fra sphingosinmetabolisme -ceramid, sphingosin, sphingosin 1-fosfat og diacylglycerol- er vigtige cellulære virkninger og giver det en rolle i flere cellulære funktioner, såsom apoptose, udvikling og aldring, celle-signalering, blandt andre.

-Struktur

Takket være den tredimensionelle "cylindriske" struktur af sfingomyelin kan dette lipid danne mere kompakte og ordnede membrandomæner, hvilket har vigtige funktionelle implikationer fra proteinets synspunkt, da det kan etablere specifikke domæner for nogle integrerede membranproteiner.

I lipid "rafts" og caveolae

Lipidflåder, membranfaser eller ordnede mikrodomæner af sfingolipider, såsom sfingomyelin, nogle glycerophospholipider og kolesterol, repræsenterer stabile platforme til forening af membranproteiner med forskellige funktioner (receptorer, transportører osv.).

Caveolae er invaginationer af plasmamembranen, der rekrutterer proteiner med GPI-ankre og er også rige på sphingomyelin.

Med hensyn til kolesterol

På grund af dens strukturelle stivhed påvirker kolesterol betydeligt strukturen af ​​cellemembraner, især i aspekter relateret til fluiditet, og det betragtes derfor som et væsentligt element.

Da sphingomyeliner både har hydrogenbindingdonorer og acceptorer, antages det, at de er i stand til at danne mere "stabile" interaktioner med kolesterolmolekyler. Af denne grund siges det, at der er en positiv sammenhæng mellem niveauerne af kolesterol og sphingomyelin i membranerne.

syntese

Syntesen af ​​sphingomyelin forekommer i Golgi-komplekset, hvor ceramidet, der transporteres fra det endoplasmatiske retikulum (ER), modificeres ved overførslen af ​​et phosphocholinmolekyle fra phosphatidylcholin med den samtidig frigivelse af et diacylglycerolmolekyle. Reaktionen katalyseres af SM-syntase (ceramid: phosphatidylcholinphosphocholintransferase).

Der er også en anden vej til sphingomyelinproduktion, der kan ske ved at overføre en phosphoethanolamin fra phosphatidylethanolamin (PE) til ceramid med efterfølgende methylering af phosphoethanolamin. Dette menes at være særlig vigtigt i nogle PE-rige nervevæv.

Sphingomyelin-syntase findes på luminalsiden af ​​Golgi-kompleksmembranen, hvilket er i overensstemmelse med den ekstracytoplasmatiske placering af sphingomyelin i de fleste celler.

På grund af karakteristikaerne for den polære gruppe af sfingomyelin og den tilsyneladende fravær af specifikke translokaser afhænger den lipologiske orientering af dette lipid af enzymsynthasen.

Metabolisme

Nedbrydning af sfingomyelin kan forekomme i både plasmamembranen og lysosomer. Lysosomal hydrolyse til ceramid og phosphocholin er afhængig af sur sphingomyelinase, en opløselig lysosomal glycoprotein, hvis aktivitet har en optimal pH på omkring 4,5.

Hydrolyse i plasmamembranen katalyseres af en sfingomyelinase, der fungerer ved pH 7,4, og som kræver divalente magnesium- eller manganioner til dens drift. Andre enzymer, der er involveret i metabolismen og genanvendelsen af ​​sfingomyelin findes i forskellige organeller, der forbinder hinanden gennem vesikulære transportveje.

Referencer

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sphingomyelin: biofysiske aspekter. Lipids kemi og fysik, 102, 29-34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid-biokemi. (D. Hanahan, red.), Håndbog for lipidforskning 3 (1. udg.). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracellulær transport og metabolisme af sphingomyelin. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. udg.). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Niemann-Pick-sygdom Type C: Spektrum af HE1-mutationer og genotype / fænotypekorrelationer i NPC2-gruppen. Am. J. Hum. Genet. 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Sphingomyelins membranegenskaber. FEBS-breve, 531, 33-37.
7. Slotte, P. (1999). Sphingomyelin - kolesterolinteraktion i biologiske membraner og modeller. Lipids kemi og fysik, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemi af lipider, lipoproteiner og membraner. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4. udg.). Elsevier.