Den kardiolipin, även känd som difosfatidylglycerol, är ett lipid glicerofosfolípidos familj och gruppen av poliglicerofosfolípidos. Det finns i mitokondriella membranet hos eukaryota organismer, i plasmamembranet för många bakterier, och även i vissa archaea.
Det upptäcktes av Pangborn 1942 från analysen av membranlipiderna i en nötkreaturs hjärtvävnad. Dess struktur föreslogs 1956 och kemisk syntes ägde rum ungefär tio år senare.
Struktur av Cardiolipin (Källa: Edgar181 via Wikimedia Commons)
Vissa författare anser att dess närvaro är begränsad till ATP-producerande membran, såsom i fallet med mitokondrier i eukaryoter, plasmamembran i bakterier och hydrogensomer (mitokondrielliknande organeller) i vissa protister.
Det faktum att kardiolipin finns i mitokondrierna och i plasmamembranet av bakterier har använts för att förstärka baserna i den endosymbiotiska teorin, som säger att mitokondrier uppstod i förfädercellerna av eukaryoter genom fagocytos av en bakterie, som sedan blev det beroende av cellen och vice versa.
Dess biosyntetiska väg i djur beskrivs mellan 1970 och 1972 och senare visades det att det är samma väg som förekommer i växter, jäst, svamp och ryggradslösa djur. Det är inte en mycket riklig lipid, men celler kräver att den ska fungera korrekt.
Vikten av denna fosfolipid för mitokondrierna och därför för cellulär metabolism är uppenbar när funktionsfelet i de metaboliska vägarna som är förknippade med den skapar en mänsklig patologi känd som Barths syndrom (hjärt-skelett myopati).
Strukturera
Kardiolipin eller difosfatidylglycerol består av två molekyler fosfatidinsyra (den enklaste fosfolipiden) kopplade samman genom en glycerolmolekyl.
Fosfatidinsyra, en av de vanliga mellanprodukterna i de biosyntetiska vägarna hos andra fosfolipider, består av en glycerol 3-fosfatmolekyl, till vilken två fettsyrakedjor är förestrade i positionerna för kol 1 och 2, så det är också känt som 1,2-diacylglycerol 3-fosfat.
Därför består kardiolipin av tre glycerolmolekyler: en central glycerol, bunden till en fosfatgrupp vid kol 1, en annan fosfatgrupp vid kol 3 och en hydroxylgrupp vid kol 2; och två "sidoglyceroler".
De två "sido" -glycerolmolekylerna är fästa vid den centrala molekylen av "glycerolbryggor" genom deras kol i position 3. Vid kolatomerna i positionerna 1 och 2 förestras två fettsyrakedjor med längd och mättnad. variabel.
Kardiolipin är en lipid som kan bilda eller inte bilda tvåskikt, beroende på närvaro eller frånvaro av tvåvärda katjoner. Detta är relaterat till det faktum att det är en symmetrisk molekyl, vilket gör det viktigt i membran som är ansvariga för energitransduktionsprocesser.
Liksom de andra lipiderna i gruppen polyglycerofosfolipider har kardiolipin flera hydroxylgrupper som kan tjäna för bindning av fettsyror. Därför har den flera positionella stereoisomerer.
Dina fettsyror
Olika studier har fastställt att fettsyrorna bundna till sideglycerolmolekylerna i kardiolipin typiskt är omättade, men graden av omättnad har inte fastställts.
Så sådana fettsyror kan vara 14-22 kol långa och 0-6 dubbelbindningar. Detta och det faktum att kardiolipin har fyra kopplade fettsyramolekyler, innebär att det kan finnas flera variabler och kombinationer av denna fosfolipid.
Syntes
Kardiolipinbiosyntes, som kan förväntas, börjar med syntesen av fosfatidinsyra eller 1,2-diacylglycerol 3-fosfat från glycerol 3-fosfat och fettsyror. Denna process sker i mitokondrierna hos eukaryoter och i plasmamembranet hos bakterier.
Syntes i eukaryoter
Efter att ha bildats reagerar fosfatidinsyra med en högenergimolekyl analog med ATP: CTP. Sedan bildas en mellanprodukt, även med hög energi, känd som fosfatidyl-CMP. Den aktiverade fosfatidylgruppen överförs till hydroxylgruppen vid C1-positionen för den centrala glycerolmolekylen som fungerar som ryggraden.
Denna process resulterar i en molekyl som kallas fosfatidylglycerofosfat, som hydrolyseras för att ge fosfatidylglycerol. Detta får en annan fosfatidylgrupp aktiverad från en annan fosfatidyl-CMP-molekyl, en reaktion katalyserad av ett fosfatidyltransferas, även känt som kardiolipinsyntas.
Enzymet kardiolipinsyntas ligger i det inre mitokondriella membranet och verkar bilda ett stort komplex, åtminstone i jäst. Genen uttrycks i stora mängder i vävnader som är rika på mitokondrier såsom hjärta, lever och skelettmuskulatur hos ryggradsdjur.
Regleringen av dess aktivitet beror till stor del på samma transkriptionsfaktorer och endokrina faktorer som modulerar mitokondriell biogenes.
När det har syntetiserats i det inre mitokondriella membranet måste kardiolipin omlokaliseras mot det yttre mitokondriella membranet så att en serie topologiska processer äger rum i membranet och andra strukturella element i samma anpassas.
Syntes i prokaryoter
Kardiolipininnehållet i bakterier kan vara mycket varierande och beror huvudsakligen på det fysiologiska tillståndet i cellerna: det är vanligtvis mindre rikligt i den exponentiella tillväxtfasen och mer rikligt när det minskar det (till exempel i den stationära fasen).
Dess biosyntetiska väg kan utlöses av olika stressande stimuli, t.ex. energiförluster eller osmotisk stress.
Fram till bildandet av fosfatidylglycerol är processen i eukaryoter och prokaryoter ekvivalent, men i prokaryoter får fosfatidylglycerol genom transesterifiering en fosfatidylgrupp från en annan fosfatidylglycerolmolekyl. Denna reaktion katalyseras av ett fosfolipas-D-enzym, även känt som kardiolipinsyntas.
Denna reaktion är känd som "transfosfatidyleringsreaktionen" (från den engelska "transfosfatidyleringen"), där en av fosfatidylglycerolerna fungerar som en givare för fosfatidylgruppen och den andra som en acceptor.
Funktioner
De fysiska egenskaperna hos kardiolipinmolekyler tillåter uppenbarligen vissa interaktioner som spelar viktiga roller i den strukturella organisationen av membranen där de finns.
Bland dessa funktioner är diskriminering av vissa membrandomäner, interaktion eller "crossover" med transmembranproteiner eller deras underdomäner, bland andra.
Tack vare dess fysikalisk-kemiska egenskaper erkänns kardiolipin som en lipid som inte bildar ett tvåskikt, men vars funktion kan vara att stabilisera och "anpassa" transmembranproteiner i lipid-tvåskikt.
Dess elektriska egenskaper ger i synnerhet funktioner i protonöverföringsprocesserna som sker i mitokondrierna.
Även om celler kan överleva utan denna fosfolipid, har vissa studier fastställt att det krävs för att de ska fungera optimalt.
referenser
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Förstå mångfalden i membranlipidkomposition. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiska och biofysiska grunder. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28: e upplagan). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membranlipider: var de är och hur de beter sig. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemi för lipider, lipoproteiner och membran. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4: e upplagan). Elsevier.