Den phosphatidylethanolamin (PE) er et glycerophospholipid abundande i plasmamembranerne i prokaryoter. Tværtimod er dette i eukaryotiske cellemembraner det næst mest rigelige glycerophospholipid på plasmamembranens indre flade efter phosphatidylcholin.
På trods af forekomsten af phosphatidylethanolamin afhænger dens forekomst ikke kun af celletypen, men også af rummet og tidspunktet for den specifikke livscyklus, der overvejes.
Phosphatidylethanolamin-molekyle
Biologiske membraner er barrierer, der definerer cellulære organismer. De har ikke kun beskyttelses- og isolationsfunktioner, men er også nøglen til etablering af proteiner, der kræver et hydrofobt miljø for at opnå deres optimale funktion.
Både eukaryoter og prokaryoter har membraner, der hovedsagelig består af glycerophospholipider og i mindre grad sphingolipider og steroler.
Glycerophospholipider er amfipatiske molekyler, der er struktureret på en L-glycerol-rygrad, som er forestret ved sn-1 og sn-2-stillingerne med to fedtsyrer med varierende længde og grad af mætning. I hydroxylen i sn-3-positionen esterificeres den med en phosphatgruppe, hvortil der igen kan bindes forskellige typer molekyler, der giver anledning til de forskellige klasser af glycerophospholipider.
I den celleverden findes der en lang række glycerophospholipider, men det mest udbredte er phosphatidylcholin (PC), phosphatidylethanolamin (PE), phosphatidylserin (PS), phosphatidylinositol (PI), phosphatidic acid (PA), phosphatidylglycerol (PG) og phosphatidylglycerol (PG) og cardiolipin (CL).
Struktur
Strukturen af phosphatidylethanolamin blev opdaget af Baer et al. I 1952. Som eksperimentelt er bestemt for alle glycerophospholipider, består phosphatidylethanolamin af et glycerolmolekyle esterificeret ved sn-1 og sn-2 positioner med syrekæder fedt med mellem 16 og 20 carbonatomer.
Fedtsyrerne, der er forestret i sn-1-hydroxyl, er generelt mættede (uden dobbeltbindinger) med maksimale længder på 18 carbonatomer, mens kæderne, der er bundet i sn-2-positionen, er længere og med en eller flere umættelser (dobbeltobligationer).
Graden af mætning af disse kæder bidrager til membranens elasticitet, som har en stor indflydelse på indsættelse og sekvestrering af proteiner i dobbeltlaget.
Phosphatidylethanolamin betragtes som et ikke-lamellært glycerophospholipid, da det har en konisk geometrisk form. Denne form er givet ved den lille størrelse af dens polære gruppe eller "hoved" i forhold til formen for fedtsyrekæderne, der omfatter de hydrofobe "haler".
"Hovedet" eller den polære gruppe af phosphatidylethanolamin har en zwitterionisk karakter, det vil sige den har grupper, der kan lades positivt og negativt under visse pH-betingelser.
Denne egenskab gør det muligt for hydrogenbinding med et stort antal aminosyrerester, og dens ladningsfordeling er en væsentlig determinant for domænetopologien for mange integrerede membranproteiner.
biosyntese
I eukaryotiske celler er syntesen af strukturelle lipider geografisk begrænset, det vigtigste biosyntesesite er det endoplasmatiske retikulum (ER) og i mindre grad Golgi-apparatet.
Der er fire uafhængige biosyntetiske veje til produktion af phosphatidylethanolamin: (1) CDP-ethanolamin-stien, også kendt som Kennedy-stien; (2) PSD-vejen for phosphatidylserin (PS) -dekarboxylering; (3) acylering af lyso-PE og (4) baseændringsreaktioner i den polære gruppe af andre glycerophospholipider.
Kennedy Route
Phosphatidylethanolamin-biosyntese på denne rute er begrænset til ER, og det er vist, at det i hamsterleverceller er den vigtigste produktionsvej. Det består af tre på hinanden følgende enzymatiske trin katalyseret af tre forskellige enzymer.
I det første trin produceres phosphoethanolamin og ADP takket være virkningen af ethanolaminkinase, der katalyserer den ATP-afhængige phosphorylering af ethanolamin.
I modsætning til planter er hverken pattedyr eller gær i stand til at fremstille dette substrat, så det skal indtages i kosten eller opnås fra nedbrydning af allerede eksisterende phosphatidylethanolamin eller sphingosinmolekyler.
Phosphoethanolamin anvendes af CTP: phosphoethanolamin-cytidyltransferase (ET) til dannelse af højenergiforbindelsen CDP: ethanolamin og et uorganisk phosphat.
1,2-Diacylglycerol-ethanolamin-phosphotransferase (ETP) bruger energien indeholdt i CDP-ethanolaminbindingen til kovalent at binde ethanolamin til et membran-indsat diacylglycerolmolekyle, hvilket giver anledning til phosphatidylethanolamin.
Rute PSD
Denne rute fungerer både i prokaryoter og i gær og pattedyr. Hos bakterier forekommer den i plasmamembranen, men i eukaryoter forekommer den i et område af den endoplasmatiske retikulum, der er tæt knyttet til den mitokondriske membran.
Hos pattedyr katalyseres forløbet af et enkelt enzym, phosphatidylserin-decarboxylase (PSD1p), som er indlejret i mitokondriell membran, hvis gen er kodet af kernen. Reaktionen involverer dekarboxylering af PS til phosphatidylethanolamin.
De resterende to veje (PE-lyso-acylering og polær gruppeafhængig calciumudveksling) forekommer i det endoplasmatiske retikulum, men bidrager ikke væsentligt til total phosphatidylethanolaminproduktion i eukaryotiske celler.
Funktioner
Glycerophospholipider har tre hovedfunktioner i cellen, blandt hvilke de strukturelle funktioner, energilagring og celle-signalering skiller sig ud.
Phosphatidylethanolamin er forbundet med forankring, stabilisering og foldning af multiple membranproteiner såvel som de konformationelle ændringer, der er nødvendige for funktionen af mange enzymer.
Der er eksperimentelle beviser, der foreslår phosphatidylethanolamin som et afgørende glycerophospholipid i det sene stadium af telofase, under dannelsen af den kontraktile ring og etablering af fragmoplasten, der muliggør opdeling af membranen i de to datterceller.
Det spiller også en vigtig rolle i alle processer med fusion og fission (forening og adskillelse) af membranerne i både det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet.
I E. coli er det vist, at phosphatidylethanolamin er nødvendigt for den korrekte foldning og funktion af enzymet lactosepermease, hvorfor det er blevet antydet, at det spiller en rolle som en molekylær “chaperon”.
Phosphatidylethanolamin er den vigtigste donor af ethanolamin-molekylet, der er nødvendigt til post-translationel modifikation af adskillige proteiner, såsom GPI-ankre.
Dette glycerophospholipid er forløberen for adskillige molekyler med enzymatisk aktivitet. Endvidere kan molekyler afledt af dets metabolisme såvel som diacylglycerol, phosphatidinsyre og nogle fedtsyrer fungere som anden messenger. Derudover er det et vigtigt underlag til fremstilling af phosphatidylcholin.
Referencer
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, & van Golde, LMG (1999). Hurtig adskillelse og identifikation af phosphatidylethanolamin-molekylære arter. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Gendannes fra jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Phosphatidylethanolamin produceret i den indre mitokondrielle membran er vigtig for gærcytochrom bc1-kompleks funktion 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Phosphatidylethanolamine metabolisme i sundhed og sygdom. International gennemgang af celle- og molekylærbiologi (bind 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Kennedy pathway-de novo syntese af phosphatidylethanolamin og phosphatidylcholine. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Gendannes fra cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Røntgendiffraktionundersøgelse af polymorfismen af hydratiserede diacyl- og dialkylphosphatidylethanolaminer. Biokemi, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Understøttede lipid-lag med phosphatidylethanolamin som hovedkomponent. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Membranlipider: hvor de er, og hvordan de opfører sig. Naturanmeldelser, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Molekylær og cellebiologi af phosphatidylserin og phosphatidylethanolamin metabolisme. I K. Moldave (red.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (s. 69-111). Academic Press.
- Vance, JE (2008). Phosphatidylserin og phosphatidylethanolamin i pattedyrsceller: to metabolisk beslægtede aminophospholipider. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Dannelse og funktion af phosphatidylserin og phosphatidylethanolamin i pattedyrceller. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Phosphatidylethanolamin-N-methyltransferase-aktivitet og diætkolin regulerer lever-plasma lipidflux og essentiel fedtsyremetabolisme i mus. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386–3391.