SPHINGOMYELIN: STRUKTUR, FUNKTIONER, SYNTES OCH METABOLISM - BIOLOGI - 2025

Den sfingomyelin är den vanligast förekommande sfingolipider i djurvävnad: är känd för att förekomma i alla cellmembran studerats hittills. Det har strukturella likheter med fosfatidylkolin när det gäller den polära huvudgruppen, så den klassificeras också som en fosfolipid (fosfosfingolipid).

På 1880-talet isolerade forskaren Johann Thudichum en eterlöslig lipidkomponent från hjärnvävnad och kallade den sfingomyelin. Senare, 1927, rapporterades strukturen för denna sfingolipid som N-acyl-sfingosin-1-fosfokolin.

Struktur av sphingomyelin (Källa: Jag123 på engelska Wikipedia, via Wikimedia Commons)

Liksom de andra sfingolipiderna har sfingomyelin både strukturella och cellsignalerande funktioner och är särskilt rikligt i nervvävnader, speciellt myelin, en mantel som täcker och isolerar axonerna hos vissa nervceller.

Distributionen har studerats genom subcellulär fraktionering och enzymatisk nedbrytningsexperiment med sfingomyelinaser, och resultaten indikerar att mer än hälften av sfingomyelin i eukaryota celler finns i plasmamembranet. Detta beror dock på celltypen. I fibroblaster står det till exempel för nästan 90% av de totala lipiderna.

Dysreguleringen av syntesen och metabolismprocesserna för denna lipid leder till utvecklingen av komplexa patologier eller lipidos. Ett exempel på dessa är ärftlig Niemann-Pick-sjukdom, kännetecknad av hepatosplenomegali och progressiv neurologisk dysfunktion.

Strukturera

Sphingomyelin är en amfipatisk molekyl som består av ett polärt huvud och två apolära svansar. Den polära huvudgruppen är en fosfokolinmolekyl, så den kan verka lik glycerofosfolipidfosfatidylkolin (PC). Det finns emellertid väsentliga skillnader beträffande det gränsyta och hydrofoba området mellan dessa två molekyler.

Den vanligaste basen i en sphingomyelinmolekyl från däggdjur är ceramid, sammansatt av sfingosin (1,3-dihydroxi-2-amino-4-oktadecen), som har en trans-dubbelbindning mellan kolerna i position 4 och 5 av kolvätekedjan. Dess mättade derivat, sfinganin, är också vanligt men finns i mindre utsträckning.

Längden på de hydrofoba svansarna i sfingomyelin sträcker sig från 16 till 24 kolatomer och fettsyrasammansättningen varierar beroende på vävnaden.

Sfingomyeliner i den vita substansen i den mänskliga hjärnan, till exempel, har nervonsyra, de i gråmaterial innehåller huvudsakligen stearinsyra, och den vanligaste formen på blodplättar är arachidonat.

Det finns i allmänhet en skillnad i längd mellan de två fettsyrakedjorna i sfingomyelin, vilket verkar gynna "interdigitations" -fenomen mellan kolväten i motsatta monolager. Detta ger membranet speciell stabilitet och speciella egenskaper jämfört med andra membran som är sämre i denna sfingolipid.

I gränsytaregionen hos molekylen har sfingomyelin en amidgrupp och en fri hydroxyl vid kol 3, som kan tjäna som vätebindningsdonatorer och acceptorer för intra- och intermolekylära bindningar, viktiga för definitionen av sidodomäner och interaktion. med olika typer av molekyler.

Funktioner

-Signal

Produkterna av sfingosinmetabolism -ceramid, sfingosin, sfingosin 1-fosfat och diacylglycerol-, är viktiga cellulära effektorer och ger den en roll i flera cellulära funktioner, såsom apoptos, utveckling och åldrande, cellsignalering, bland andra.

-Strukturera

Tack vare den tredimensionella "cylindriska" strukturen hos sfingomyelin kan denna lipid bilda mer kompakta och ordnade membrandomäner, vilket har viktiga funktionella konsekvenser ur proteinets synvinkel, eftersom den kan skapa specifika domäner för vissa integrerade membranproteiner.

I lipid "flottar" och grottor

Lipidflekter, membranfaser eller ordnade mikrodomäner av sfingolipider såsom sfingomyelin, vissa glycerofosfolipider och kolesterol representerar stabila plattformar för förening av membranproteiner med olika funktioner (receptorer, transportörer, etc.).

Caveolae är invaginationer av plasmamembranet som rekryterar proteiner med GPI-ankare och är också rika på sfingomyelin.

När det gäller kolesterol

På grund av dess strukturella styvhet påverkar kolesterol strukturen i cellmembranen, särskilt i aspekter relaterade till fluiditet, varför det anses vara ett väsentligt element.

Eftersom sfingomyeliner har både vätebindningsgivare och acceptorer, antas de att de kan bilda mer "stabila" interaktioner med kolesterolmolekyler. Av denna anledning sägs det att det finns en positiv korrelation mellan nivåerna av kolesterol och sfingomyelin i membranen.

Syntes

Syntesen av sfingomyelin sker i Golgi-komplexet, där ceramiden som transporteras från endoplasmatisk retikulum (ER) modifieras genom överföring av en fosfokolinmolekyl från fosfatidylkolin med samtidig frisättning av en diacylglycerolmolekyl. Reaktionen katalyseras av SM-syntas (ceramid: fosfatidylkolinfosfokolintransferas).

Det finns också en annan väg för sfingomyelinproduktion som kan ske genom att överföra en fosfoetanolamin från fosfatidyletanolamin (PE) till ceramid med efterföljande metylering av fosfoetanolamin. Detta anses vara särskilt viktigt i vissa PE-rika nervvävnader.

Sphingomyelin-syntas återfinns på luminalsidan av Golgi-komplexmembranet, vilket är förenligt med den extracytoplasmiska lokaliseringen av sphingomyelin i de flesta celler.

På grund av egenskaperna hos den polära gruppen av sfingomyelin och den uppenbara frånvaron av specifika translokaser beror den topologiska orienteringen av denna lipid på enzymsyntetas.

Ämnesomsättning

Nedbrytning av sfingomyelin kan ske i både plasmamembranet och lysosomerna. Lysosomal hydrolys till ceramid och fosfokolin är beroende av surt sfingomyelinas, ett lösligt lysosomalt glykoprotein vars aktivitet har ett optimalt pH på cirka 4,5.

Hydrolys i plasmamembranet katalyseras av ett sfingomyelinas som fungerar vid pH 7,4 och som kräver tvåvärda magnesium- eller manganjoner för dess drift. Andra enzymer som är involverade i metabolismen och återvinningen av sfingomyelin finns i olika organeller som ansluter till varandra genom vesikulära transportvägar.

referenser

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sphingomyelin: biofysiska aspekter. Lipids kemi och fysik, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid Biochemistry. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1: a upplagan). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracellulär transport och metabolism 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: e upplagan). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K., … Vanier, MT (2001). Niemann-Pick-sjukdom typ C: Spektrum av HE1-mutationer och genotyp / fenotypkorrelationer i NPC2-gruppen. Am. J. Hum. Genet. 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Sphingomyelins membranegenskaper. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Sphingomyelin - kolesterolinteraktioner i biologiska membran och modellmembran. Lipids kemi och fysik, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemi för lipider, lipoproteiner och membran. I New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4: e upplagan). Elsevier.