Kardiolipiini, joka tunnetaan myös nimellä difosfatidyyliglyseroli, on lipidi glicerofosfolípidos perheen ja ryhmän poliglicerofosfolípidos. Sitä löytyy eukaryoottisten organismien mitokondriokalvosta, monien bakteerien plasmamembraanista ja myös joistakin arkeasta.
Pangborn löysi sen vuonna 1942 naudan sydänkudoksen membraanilipidien analyysistä. Sen rakennetta ehdotettiin vuonna 1956, ja kemiallinen synteesi tapahtui noin 10 vuotta myöhemmin.
Kardiolipiinin rakenne (Lähde: Edgar181 Wikimedia Commonsin kautta)
Jotkut kirjoittajat katsovat, että sen läsnäolo rajoittuu ATP: tä tuottaviin kalvoihin, kuten esimerkiksi eukaryoottien mitokondrioiden, bakteerien plasmamembraanien ja tietyissä protisteissa olevien hydrogenomien (mitokondriaaliset organelit) tapauksessa.
Se tosiasia, että kardiolipiiniä löytyy mitokondrioista ja bakteerien plasmamembraanista, on käytetty vahvistamaan endosymbioottiteorian perustaa, jonka mukaan mitokondrioita syntyi eukaryoottien esisoluihin bakteerin fagosytoosin seurauksena, joka sitten siitä tuli riippuvainen solusta ja päinvastoin.
Sen biosynteettistä reittiä eläimissä kuvailtiin vuosina 1970 - 1972, ja myöhemmin osoitettiin, että se on sama reitti, jota esiintyy kasveissa, hiivoissa, sienissä ja selkärangattomissa. Se ei ole kovin runsas lipidi, mutta solut vaativat sen toimimaan oikein.
Tämän fosfolipidin merkitys mitokondrioille ja siten solujen aineenvaihdunnalle on ilmeinen, kun siihen liittyvien aineenvaihduntareittien toimintahäiriöt tuottavat Barthin oireyhtymäksi kutsutun ihmisen patologian (sydän- ja luurankojen myopatian).
Rakenne
Kardiolipiini tai difosfatidyyliglyseroli koostuu kahdesta fosfatidihappomolekyylistä (yksinkertaisimmasta fosfolipidistä), jotka on kytketty toisiinsa glyserolimolekyylin kautta.
Fosfatidihappo, yksi yleisimmistä välituotteista muiden fosfolipidien biosynteesireiteissä, koostuu glyseroli-3-fosfaattimolekyylistä, johon kaksi rasvahappoketjua on esteröity hiilien 1 ja 2 asemissa, joten se tunnetaan myös nimellä 1,2-diasyyliglyseroli-3-fosfaatti.
Siksi kardiolipiini koostuu kolmesta glyserolimolekyylistä: keskitetystä glyserolista, joka on kiinnittynyt fosfaattiryhmään hiilessä 1, toiseen fosfaattiryhmään hiilessä 3 ja hydroksyyliryhmään hiilessä 2; ja kaksi "sivu" glyserolia.
Kaksi "sivu" glyserolimolekyyliä on kiinnittynyt keskimolekyyliin "glyserolisilloilla" hiiliensä kautta asemassa 3. Hiileissä asemissa 1 ja 2 esteröidään kaksi pituuden ja kylläisyyden tyyppistä rasvahappoketjua. muuttuja.
Kardiolipiini on lipidi, joka voi muodostaa tai ei muodostaa kaksikerroksisia, riippuen siitä, onko kaksiarvoisia kationeja. Tämä liittyy tosiasiaan, että se on symmetrinen molekyyli, mikä tekee siitä tärkeän kalvoissa, jotka vastaavat energiansiirtoprosesseista.
Kuten muutkin polyglyserofosfolipidiryhmän lipidit, kardiolipiinilla on useita hydroksyyliryhmiä, jotka voivat toimia rasvahappojen sitoutumiseen. Siksi siinä on useita sijaintipaikallisia stereoisomeerejä.
Rasvahapot
Eri tutkimukset ovat osoittaneet, että kardiolipiinin sivu-glyserolimolekyyleihin kiinnittyneet rasvahapot ovat tyydyttymättömiä, mutta tyydyttymättömyyden astetta ei ole määritetty.
Joten sellaiset rasvahapot voivat olla 14 - 22 hiiltä pitkä ja 0 - 6 kaksoissidoksia. Tämä ja se tosiasia, että kardiolipiinilla on neljä kytkettyä rasvahappomolekyyliä, viittaa siihen, että tämän fosfolipidin voi olla useita muuttujia ja yhdistelmiä.
Synteesi
Kardiolipiinin biosynteesi, kuten voidaan odottaa, alkaa fosfatidihapon tai 1,2-diasyyliglyseroli-3-fosfaatin synteesillä glyseroli-3-fosfaatista ja rasvahapoista. Tämä prosessi tapahtuu eukaryoottien mitokondrioissa ja bakteerien plasmamembraanissa.
Synteesi eukaryooteissa
Muodostuksen jälkeen fosfatidihappo reagoi korkean energian molekyylin kanssa, joka on analoginen ATP: CTP: lle. Sitten muodostuu välituote, joka on myös korkeaenerginen ja joka tunnetaan nimellä fosfatidyyli-CMP. Aktivoitu fosfatidyyliryhmä siirretään hydroksyyliryhmään keskimmäisen glyserolimolekyylin C1-asemassa, joka toimii selkärangana.
Tämä prosessi johtaa fosfatidyyliglyserofosfaatiksi kutsuttuun molekyyliin, joka hydrolysoidaan, jolloin saadaan fosfatidyyliglyseroli. Tämä vastaanottaa toisen fosfatidyyliryhmän, joka on aktivoitu toisesta fosfatidyyli-CMP-molekyylistä, reaktion, jota katalysoi fosfatidyylitransferaasi, joka tunnetaan myös nimellä kardiolipiinisyntaasi.
Kardiolipiinisyntaasi-entsyymi sijaitsee mitokondrioiden sisäkalvossa ja näyttää muodostavan suuren kompleksin, ainakin hiivassa. Sen geeni ekspressoituu suurina määrinä kudoksissa, joissa on runsaasti mitokondrioita, kuten selkärankaisten sydän, maksa ja luustolihas.
Sen aktiivisuuden säätely riippuu suuressa määrin samoista transkriptiotekijöistä ja endokriinisistä tekijöistä, jotka moduloivat mitokondriaalista biogeneesiä.
Kun kardiolipiini on syntetisoitu sisäisellä mitokondriaalikalvolla, se on siirrettävä kohti mitokondrion ulkoista kalvoa niin, että kalvossa tapahtuu sarja topologisia prosesseja ja niiden muut rakenneosat sovitetaan.
Synteesi prokaryooteissa
Bakteerien kardiolipiinipitoisuus voi olla hyvin vaihteleva ja riippuu pääasiassa solujen fysiologisesta tilasta: se on yleensä vähemmän runsasta eksponentiaalisessa kasvuvaiheessa ja runsasta, kun sitä vähennetään (esimerkiksi stationäärivaiheessa).
Sen biosynteettinen reitti voidaan laukaista erilaisilla stressaavilla ärsykkeillä, kuten energiavajeilla tai osmoottisella stressillä.
Ennen fosfatidyyliglyserolin muodostumista prosessi eukaryooteissa ja prokaryooteissa on ekvivalentti, mutta prokaryooteissa fosfatidyyliglyseroli saa transesteröimällä fosfatidyyliryhmän toisesta fosfatidyyliglyserolimolekyylistä. Tätä reaktiota katalysoi fosfolipaasi-D-tyyppinen entsyymi, joka tunnetaan myös nimellä kardiolipiinisyntaasi.
Tätä reaktiota kutsutaan ”transfosfatidylaatio” -reaktioksi (englanniksi “transfosfatidylaatio”), jossa yksi fosfatidyyliglyseroleista toimii fosfatidyyliryhmän luovuttajana ja toinen vastaanottajana.
ominaisuudet
Kardiolipiinimolekyylien fysikaaliset ominaisuudet ilmeisesti sallivat tietyt vuorovaikutukset, joilla on tärkeä rooli kalvojen rakenteellisessa organisaatiossa, missä ne löytyvät.
Näihin toimintoihin kuuluu muun muassa joidenkin membraanidomeenien syrjintä, vuorovaikutus tai "ristinmuutos" kalvon läpäisevien proteiinien tai niiden aladomeenien kanssa.
Fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksiensa ansiosta kardiolipiini tunnustetaan lipidiksi, joka ei muodosta kaksikerrosta, mutta jonka tehtävänä voi olla stabiloida ja ”sovittaa” kalvon läpäisevät proteiinit lipidikaksoiskerroksiin.
Sen sähköiset ominaisuudet antavat sille erityisesti toiminnot protoninsiirtoprosesseissa, jotka tapahtuvat mitokondrioissa.
Vaikka solut voivat selviytyä ilman tätä fosfolipidiä, jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että sitä tarvitaan niiden optimaaliseen toimintaan.
Viitteet
- Harayama, T., ja Riezman, H. (2018). Kalvon lipidikoostumuksen monimuotoisuuden ymmärtäminen. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Kalvorakennebiologia: biokemiallisilla ja biofysikaalisilla perusteilla. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harperin kuvattu biokemia (28. painos). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, ja Feigenson, GW (2008). Kalvojen lipidit: missä ne ovat ja miten ne käyttäytyvät. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE, ja Vance, DE (2008). Lipidien, lipoproteiinien ja kalvojen biokemia. Julkaisussa New Comprehensive Biochemistry osa 36 (4. painos). Elsevier.