Den fosfatidyletanolamin (PE) är en glycerofosfolipid abundande i plasmamembranen hos prokaryoter. Tvärtom, i eukaryota cellmembran är detta den näst vanligaste glycerofosfolipiden på den inre ytan av plasmamembranet efter fosfatidylkolin.
Trots överflödet av fosfatidyletanolamin beror dess mängd inte bara på celltypen utan också på facket och ögonblicket för den specifika celllivscykeln som beaktas.
Fosfatidyletanolaminmolekyl
Biologiska membran är barriärer som definierar cellulära organismer. De har inte bara skydds- och isoleringsfunktioner, utan är också nyckeln till etablering av proteiner som kräver en hydrofob miljö för att de ska fungera optimalt.
Både eukaryoter och prokaryoter har membran som huvudsakligen består av glycerofosfolipider och i mindre grad sfingolipider och steroler.
Glycerofosfolipider är amfipatiska molekyler strukturerade på en L-glycerolskelett som är förestrad vid sn-1 och sn-2-positionerna med två fettsyror av varierande längd och grad av mättnad. I hydroxylen i sn-3-positionen förestras den med en fosfatgrupp, till vilken i sin tur olika typer av molekyler kan fästas som ger upphov till de olika klasserna av glycerofosfolipider.
I den cellulära världen finns det en stor variation av glycerofosfolipider, men de vanligaste är fosfatidylkolin (PC), fosfatidyletanolamin (PE), fosfatidylserin (PS), fosfatidylinositol (PI), fosfatidinsyra (PA), fosfatidylglycerol (PG) och fosfatidylglycerol (PG) och fosfatidylglycerol (PG) och kardiolipin (CL).
Strukturera
Strukturen för fosfatidyletanolamin upptäcktes av Baer et al. 1952. Som experimentellt har bestämts för alla glycerofosfolipider består fosfatidyletanolamin av en glycerolmolekyl förestrad i sn-1 och sn-2-positionerna med syrakedjor fett med mellan 16 och 20 kolatomer.
Fettsyrorna förestrade i sn-1-hydroxyl är vanligtvis mättade (utan dubbelbindningar) med maximala längder på 18 kolatomer, medan kedjorna länkade i sn-2-läget är längre och med en eller flera omättnader ( dubbelbindningar).
Mättnadsgraden hos dessa kedjor bidrar till membranets elasticitet, vilket har ett stort inflytande på infogning och sekvestrering av proteiner i tvåskiktet.
Fosfatidyletanolamin anses vara en icke-lamellär glycerofosfolipid, eftersom den har en konisk geometrisk form. Denna form ges av den lilla storleken på dess polära grupp eller "huvud", i förhållande till den hos fettsyrakedjorna som innefattar de hydrofoba "svansarna".
Den "huvud" eller polära gruppen av fosfatidyletanolamin har en zwitterionisk karaktär, det vill säga den har grupper som kan laddas positivt och negativt under vissa pH-förhållanden.
Denna egenskap gör det möjligt för vätebindning med ett stort antal aminosyrarester och dess laddningsfördelning är en väsentlig avgörande faktor för domäntopologin för många integrerade membranproteiner.
Biosyntes
I eukaryota celler är syntesen av strukturella lipider geografiskt begränsad, varvid det huvudsakliga biosyntesstället är endoplasmatisk retikulum (ER) och i mindre utsträckning Golgi-apparaten.
Det finns fyra oberoende biosyntetiska vägar för fosfatidyletanolaminproduktion: (1) CDP-etanolaminvägen, även känd som Kennedy-vägen; (2) PSD-vägen för fosfatidylserin (PS) dekarboxylering; (3) acylering av lyso-PE och (4) basförändringsreaktioner i den polära gruppen av andra glycerofosfolipider.
Kennedy Route
Fosfatidyletanolaminbiosyntes på denna väg är begränsad till ER och det har visats att det i hamsterleverceller är den huvudsakliga produktionsvägen. Den består av tre på varandra följande enzymatiska steg katalyserade av tre olika enzymer.
I det första steget produceras fosfoetanolamin och ADP tack vare verkan av etanolaminkinas, som katalyserar ATP-beroende fosforylering av etanolamin.
Till skillnad från växter kan varken däggdjur eller jäst producera detta substrat, så det måste konsumeras i kosten eller erhållas från nedbrytning av fosfatidyletanolamin eller sfingosinmolekyler.
Fosfoetanolamin används av CTP: fosfoetanolamin-cytidyltransferas (ET) för att bilda den högenergiska föreningen CDP: etanolamin och ett oorganiskt fosfat.
1,2-Diacylglycerol etanolaminfosfotransferas (ETP) använder energin i CDP-etanolaminbindningen för att kovalent binda etanolamin till en membraninsatt diacylglycerolmolekyl, vilket ger upphov till fosfatidyletanolamin.
Väg PSD
Denna rutt fungerar både i prokaryoter och i jäst och däggdjur. Hos bakterier förekommer det i plasmamembranet, men i eukaryoter förekommer det i ett område av den endoplasmiska retikulum som är nära besläktad med mitokondriell membran.
Hos däggdjur katalyseras vägen av ett enda enzym, fosfatidylserinkarboxylas (PSD1p), som är inbäddat i mitokondriell membran, vars gen kodas av kärnan. Reaktionen innefattar dekarboxylering av PS till fosfatidyletanolamin.
De återstående två vägarna (PE-lyso-acylering och polär gruppberoende kalciumbyte) förekommer i endoplasmatisk retikulum, men bidrar inte signifikant till total fosfatidyletanolaminproduktion i eukaryota celler.
Funktioner
Glycerofosfolipider har tre huvudfunktioner i cellen, bland vilka de strukturella funktionerna, energilagring och cellsignaleringen sticker ut.
Fosfatidyletanolamin är förknippat med förankring, stabilisering och vikning av flera membranproteiner såväl som de konformationella förändringar som är nödvändiga för funktionen av många enzymer.
Det finns experimentella bevis som föreslår fosfatidyletanolamin som en avgörande glycerofosfolipid i det sena stadiet av telofas, under bildandet av den kontraktila ringen och etablering av fragmoplasten som möjliggör uppdelning av membranet i de två dottercellerna.
Det spelar också en viktig roll i alla processer för fusion och fission (förening och separering) av membranen i både endoplasmatisk retikulum och Golgi-apparaten.
I E. coli har det visats att fosfatidyletanolamin är nödvändigt för korrekt vikning och funktion av enzymet laktospermeas, varför det har föreslagits att det spelar en roll som en molekylär "chaperon".
Fosfatidyletanolamin är den huvudsakliga givaren av etanolaminmolekylen som är nödvändig för post-translationell modifiering av många proteiner, såsom GPI-ankare.
Denna glycerofosfolipid är föregångaren till flera molekyler med enzymatisk aktivitet. Dessutom kan molekyler härledda från dess metabolism, såväl som diacylglycerol, fosfatidinsyra och vissa fettsyror fungera som andra budbärare. Dessutom är det ett viktigt substrat för produktion av fosfatidylkolin.
referenser
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, & van Golde, LMG (1999). Snabb separering och identifiering av fosfatidyletanolaminmolekylära arter. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164–169. Återställdes från jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Fosfatidyletanolamin som produceras i det inre mitokondriella membranet är viktigt för jästcytokrom bc1 komplex funktion 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Fosfatidyletanolaminmetabolism i hälsa och sjukdomar. International Review of Cell and Molecular Biology (Vol. 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Kennedy pathway-de novo syntes av fosfatidyletanolamin och fosfatidylkolin. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Återställd från cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Röntgendiffraktionstudie av polymorfism av hydratiserad diacyl- och dialkylfosfatidyletanolaminer. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Stödde lipid-skikt med fosfatidyletanolamin som huvudkomponent. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Membranlipider: var de är och hur de beter sig. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Molekylär och cellbiologi för fosfatidylserin och fosfatidyletanolaminmetabolism. I K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (s. 69-111). Academic Press.
- Vance, JE (2008). Fosfatidylserin och fosfatidyletanolamin i däggdjursceller: två metaboliskt relaterade aminofosfolipider. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Bildning och funktion av fosfatidylserin och fosfatidyletanolamin i däggdjursceller. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Fosfatidyletanolamin-N-metyltransferasaktivitet och dietkolin reglerar lever-plasmalidflöde och essentiell fettsyrametabolism hos möss. Journal of Nutrition, 133 (11), 3386–3391.