Cardiolipin, הידוע גם בשם diphosphatidylglycerol, היא משפחה השומנים glicerofosfolípidos והקבוצה של poliglicerofosfolípidos. זה נמצא בקרום המיטוכונדריאלי של אורגניזמים אוקיארוטים, בקרום הפלזמה של חיידקים רבים, וגם בחלק מהארכיאה.
הוא התגלה על ידי פנגבורן בשנת 1942 מניתוח שומני הקרום של רקמת הלב של שור. מבנהו הוצע בשנת 1956 והסינתזה הכימית התרחשה כעשר שנים לאחר מכן.
מבנה הקרדיוליפין (מקור: Edgar181 דרך Wikimedia Commons)
חלק מהמחברים סבורים כי נוכחותה מוגבלת לממברנות המייצרות ATP, כמו במקרה של מיטוכונדריה באיקריוטות, ממברנות פלזמה בחיידקים, והידרוגנסומים (אברונים דומים למיטוכונדריה) אצל פרוטסטים מסוימים.
העובדה כי קרדיוליפין נמצא במיטוכונדריה ובקרום הפלזמה של חיידקים, שימשה לחיזוק הבסיסים של התיאוריה האנדוסימביוטית, הקובעת כי המיטוכונדריה קמו בתאי האב של האוקריוטות על ידי פגוציטוזה של חיידק, אשר ואז זה נעשה תלוי בתא ולהפך.
מסלולו הביוסינתטי בבעלי חיים תואר בין 1970 ל -1972 ובהמשך הוכח כי זהו אותו מסלול המתרחש בצמחים, בשמרים, בפטריות ובחסרי חוליות. זה לא שומנים בשפע מאוד, אבל תאים דורשים שהוא יתפקד כראוי.
חשיבותו של פוספוליפיד זה למיטוכונדריה, ועל כן למטבוליזם התאית, ניכרת כאשר תקלה במסלולי המטבוליות הקשורים אליו מייצרת פתולוגיה אנושית המכונה תסמונת בארת '(מיופתיה לב-שלד).
מִבְנֶה
קרדיוליפין או דיפוספטידיל-גליצרול מורכבים משתי מולקולות של חומצה פוספטידית (הפוספוליפיד הפשוטה ביותר) המקושרות זו לזו דרך מולקולת גליצרול.
חומצה פוספטידית, אחד הביניים הנפוצים במסלולי הביו-סינטטי של פוספוליפידים אחרים, מורכב ממולקולת 3-פוספט של גליצרול, אליו מועתקות שתי שרשראות חומצות שומן במיקומם של פחמימות 1 ו -2, כך זה ידוע גם בשם 1,2-diacylglycerol 3-phosphate.
לפיכך, קרדיוליפין מורכב משלוש מולקולות גליצרול: גליצרול מרכזי, המחובר לקבוצת פוספטים בפחמן 1, קבוצת פוספט אחרת בפחמן 3 וקבוצה הידרוקסילית בפחמן 2; ושני גליצרולים "צדדיים".
שתי מולקולות הגליצרול ה"צדדי "מחוברות למולקולה המרכזית על ידי" גשרים גליצרול "דרך הפחמימות שלהן במיקום 3. בפחמימות בעמדות 1 ו -2, מועצרים שתי שרשראות חומצות שומן באורך וברוויה. מִשְׁתַנֶה.
קרדיוליפין הוא ליפיד שעשוי להיווצר דו-שכביים, תלוי בנוכחותם או בהיעדרם של קטיונים דו-ערכיים. זה קשור לעובדה שמדובר במולקולה סימטרית, מה שהופך אותה לחשוב בממברנות שאחראיות על תהליכי הולכת אנרגיה.
בדומה לשאר השומנים בקבוצת הפוליגליצרופוספוליפידים, לקרדיוליפין יש כמה קבוצות הידרוקסיל שיכולות לשמש לקשירת חומצות שומן. לכן יש בו סטריאו-איזומרים מרובים.
חומצות השומן שלך
מחקרים שונים קבעו כי חומצות השומן המחוברות למולקולות הגליצרול בצד הקרדיוליפין בדרך כלל אינן רוויות, אך דרגת הרוויה לא נקבעה.
אז חומצות שומן כאלה יכולות להיות באורך של 14-22 פחמן ו-0-6 קשרים כפולים. זה והעובדה שלקרדיוליפין יש ארבע מולקולות חומצות שומן מקושרות, מרמזות שיכולות להיות מספר משתנים ושילובים של פוספוליפיד זה.
סִינתֶזָה
ביוסינתזה של קרדיוליפין, כצפוי, מתחילה בסינתזה של חומצה פוספטידית או 1,2-דיאקילגליצרול 3-פוספט מגליצרול 3-פוספט וחומצות שומן. תהליך זה מתרחש במיטוכונדריה של איקריוטות ובקרום הפלזמה של חיידקים.
סינתזה באוקריוטות
לאחר היווצרותה, חומצה פוספטידית מגיבה עם מולקולה בעלת אנרגיה גבוהה המקבילה ל- ATP: CTP. ואז נוצר מתווך, גם הוא בעל אנרגיה גבוהה, המכונה פוספטידיל-CMP. קבוצת הפוספטידיל המופעלת מועברת לקבוצת ההידרוקסיל בעמדת C1 של מולקולת הגליצרול המרכזית המשמשת עמוד שדרה.
תהליך זה מביא למולקולה הנקראת פוספטידילגליצרופוספט, המופעלת על ידי הידרוליזציה ליצירת פוספטידיגלגליצרול. זה מקבל קבוצה נוספת של פוספטידיל שמופעלת ממולקולת פוספטידיל-CMP אחרת, תגובה המנותזת על ידי פוספטידילטרנספרז המכונה גם קרדיוליפין סינטאז.
האנזים קרדיוליפין סינתז שוכן בקרום המיטוכונדריאלי הפנימי ונראה שהוא מהווה קומפלקס גדול, לפחות בשמרים. הגן שלו מתבטא בכמויות גדולות ברקמות עשירות במיטוכונדריה כמו לב, כבד ושריר השלד של חוליות.
ויסות פעילותה תלוי, במידה רבה, באותם גורמי שעתוק וגורמים אנדוקריניים המווסתים ביוגנזה מיטוכונדרית.
לאחר סינתזה בקרום המיטוכונדריאלי הפנימי, יש לתרגם את הקרדיוליפין לכיוון הממברנה המיטוכונדרית החיצונית, כך שתתקיים סדרה של תהליכים טופולוגיים בממברנה ואלמנטים מבניים אחרים של אותה יתאכלסו.
סינתזה בפרוקריוטות
תכולת הקרדיוליפין בחיידקים יכולה להיות משתנה מאוד ותלויה בעיקר במצב הפיזיולוגי של התאים: היא בדרך כלל פחות נפוצה בשלב הגידול האקספוננציאלי ושכיחה יותר כאשר יש צמצום של זה (בשלב הנייח, למשל).
המסלול הביוסינתטי שלו יכול להיות מופעל על ידי גירויים מלחיצים שונים כמו מחסור באנרגיה או לחץ אוסמוטי.
עד להיווצרות פוספטידיגלגליצרול, התהליך באוקריוטות ופרוקריוטות שווה, אך בפרוקריוטות, פוספטידיגלגליצרול מקבל באמצעות טרסטרסטרסטציה קבוצת פוספטידיל ממולקולת פוספטידילגלצירול אחרת. תגובה זו מנותזת על ידי אנזים מסוג D phospholipase המכונה גם קרדיוליפין סינתז.
תגובה זו ידועה כתגובת ה"טרנספוספטידילציה "(מתוך" טרנספוספטידילציה "האנגלית), כאשר אחת מהפוספטידיגלגליצרים פועלת כתורמת לקבוצת הפוספטידיל והשנייה כקולטנית.
מאפיינים
המאפיינים הפיזיים של מולקולות קרדיוליפין מאפשרים ככל הנראה אינטראקציות מסוימות הממלאות תפקידים חשובים בארגון המבני של הממברנות בהן הן נמצאות.
בין הפונקציות הללו ניתן למנות את האפליה של תחומי ממברנה מסוימים, האינטראקציה או "מעבר מוצלב" עם חלבוני טרנסממברנה או תת-דומיינים שלהם, בין היתר.
הודות למאפייניו הפיזיקו-כימיים, קרדיוליפין מוכר כליפיד שאינו יוצר דו-שכבתי, אך תפקידו יכול להיות לייצב ו"התאים "לחלבוני טרנסממברנה בדו-שכבתי ליפידים.
המאפיינים החשמליים שלו, בפרט, מעניקים לו פונקציות בתהליכי העברת הפרוטונים המתרחשים במיטוכונדריה.
למרות שתאים יכולים לשרוד ללא פוספוליפיד זה, ישנם מחקרים שקבעו כי הוא נדרש לתפקודם האופטימלי.
הפניות
- Harayama, T., & Rzzman, H. (2018). הבנת המגוון של הרכב השומנים בקרום. ביקורות על טבע ביולוגיה מולקולרית של תאים, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). ביולוגיה מבנית ממברנת: עם יסודות ביוכימיים וביו-פיזיים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
- מוריי, ר., בנדר, ד., בוטם, ק., קנלי, פ., רודוול, ו., וייל, פ. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (מהדורה 28). מקגרו היל רפואי.
- ון Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). שומנים ממברניים: היכן הם נמצאים ואיך הם מתנהגים. חוות דעת על טבע, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). ביוכימיה של ליפידים, ליפופרוטאינים וממברנות. בספר ביו-כימיה חדש מקיף 36 (מהדורה רביעית). אלזביאר.