SFINGOMYELIN: STRUKTURA, FUNKCE, SYNTÉZA A METABOLISMUS - BIOLOGIE - 2025

Sfingomyelin je nejhojnější sfingolipidy v živočišné tkáni: je známo, že se vyskytují ve všech studovaných buněčných membránách k dnešnímu dni. Má strukturální podobnost s fosfatidylcholinem, pokud jde o polární skupinu hlavy, takže je také klasifikován jako fosfolipid (fosfosfingolipid).

V 80. letech 20. století vědec Johann Thudichum izoloval z mozkové tkáně lipidovou složku rozpustnou v éteru a nazval ji sfingomyelin. Později, v roce 1927, byla struktura tohoto sfingolipidu hlášena jako N-acyl-sfingosin-1-fosfocholin.

Struktura sfingomyelinu (Zdroj: Jag123 na anglické Wikipedii, přes Wikimedia Commons)

Stejně jako ostatní sfingolipidy má sfingomyelin strukturální i buněčné signalizační funkce a je zvláště hojný v nervových tkáních, konkrétně myelinu, opláštění, které zakrývá a izoluje axony určitých neuronů.

Jeho distribuce byla studována pomocí experimentů subcelulární frakcionace a enzymatické degradace se sfingomyelinázami a výsledky ukazují, že více než polovina sfingomyelinu v eukaryotických buňkách se nachází v plazmatické membráně. Závisí to však na typu buňky. Například ve fibroblastech představuje téměř 90% celkových lipidů.

Deregulace procesů syntézy a metabolismu tohoto lipidu vede k rozvoji komplexních patologií nebo lipidózy. Příkladem je dědičná Niemann-Pickova choroba, charakterizovaná hepatosplenomegalií a progresivní neurologickou dysfunkcí.

Struktura

Sfingomyelin je amfipatická molekula složená z polární hlavy a dvou nepolárních ocasů. Skupina polární hlavy je molekula fosfocholinu, takže se může jevit jako glycerofosfolipid fosfatidylcholin (PC). Mezi těmito dvěma molekulami však existují podstatné rozdíly, pokud jde o mezifázovou a hydrofobní oblast.

Nejběžnější bází v savčí molekule sfingomyelinu je ceramid, složený ze sfingosinu (1,3-dihydroxy-2-amino-4-oktadecen), který má trans dvojnou vazbu mezi uhlíky v pozicích 4 a 5 uhlovodíkového řetězce. Její nasycený derivát, sfinganin, je také běžný, ale nachází se v menší míře.

Délka hydrofobních zbytků sfingomyelinu se pohybuje od 16 do 24 atomů uhlíku a složení mastných kyselin se mění v závislosti na tkáni.

Například sfingomyeliny v bílé hmotě lidského mozku mají nervovou kyselinu, ty v šedé hmotě obsahují hlavně kyselinu stearovou a převládající formou v krevních destičkách je arachidonát.

Mezi oběma řetězci mastných kyselin sfingomyelinu je obecně rozdíl v délce, což podle všeho upřednostňuje „interdigitační“ jevy mezi uhlovodíky v opačných monovrstvách. To dává membráně zvláštní stabilitu a zvláštní vlastnosti ve srovnání s jinými membránami, které jsou u tohoto sfingolipidu chudší.

V mezifázové oblasti molekuly má sfingomyelin amidovou skupinu a volnou hydroxylovou skupinu na uhlíku 3, které mohou sloužit jako donory a akceptory vodíkové vazby pro intra- a intermolekulární vazby, důležité při definování postranních domén a interakcí. s různými typy molekul.

Funkce

-Signaling

Produkty metabolismu sfingosinu - ceramidu, sfingosinu, 1-fosfátu sfingosinu a diacylglycerolu - jsou důležitými buněčnými efektory a poskytují mu roli v mnoha buněčných funkcích, jako je například apoptóza, vývoj a stárnutí, buněčná signalizace.

-Struktura

Díky trojrozměrné "válcové" struktuře sfingomyelinu může tento lipid tvořit kompaktnější a uspořádané membránové domény, což má důležité funkční implikace z hlediska proteinu, protože může vytvořit specifické domény pro některé integrální membránové proteiny.

V lipidových „vorech“ a v jeskyních

Lipidové rafty, membránové fáze nebo uspořádané mikro domény sfingolipidů, jako je sfingomyelin, některé glycerofosfolipidy a cholesterol, představují stabilní platformy pro asociaci membránových proteinů s různými funkcemi (receptory, transportéry atd.).

Caveolae jsou invaze plazmatické membrány, které získávají proteiny pomocí GPI kotev a jsou také bohaté na sfingomyelin.

Pokud jde o cholesterol

Cholesterol díky své strukturální rigiditě významně ovlivňuje strukturu buněčných membrán, zejména v aspektech souvisejících s tekutostí, a proto je považován za základní prvek.

Protože sfingomyeliny obsahují donory i akceptory vodíkových vazeb, předpokládá se, že jsou schopny vytvářet stabilnější interakce s molekulami cholesterolu. Z tohoto důvodu se říká, že existuje pozitivní korelace mezi hladinami cholesterolu a sfingomyelinu v membránách.

Syntéza

K syntéze sfingomyelinu dochází v Golgiho komplexu, kde je ceramid transportovaný z endoplazmatického retikula (ER) modifikován přenosem molekuly fosfocholinu z fosfatidylcholinu se současným uvolněním molekuly diacylglycerolu. Reakce je katalyzována SM syntázou (ceramid: fosfatidylcholin fosfocholin transferáza).

Existuje také další cesta pro produkci sfingomyelinu, která může nastat přenosem fosfoethanolaminu z fosfatidylethanolaminu (PE) na ceramid s následnou methylací fosfoethanolaminu. To je považováno za zvláště důležité v některých nervových tkáních bohatých na PE.

Sfingomyelin syntáza se nachází na luminální straně Golgiho komplexní membrány, což je v souladu s extracytoplazmatickým umístěním sfingomyelinu ve většině buněk.

Vzhledem k charakteristikám polární skupiny sfingomyelinu a zjevné nepřítomnosti specifických transkasin závisí topologická orientace tohoto lipidu na enzymové syntáze.

Metabolismus

K degradaci sfingomyelinu může dojít jak v plazmatické membráně, tak v lysozomech. Lysozomální hydrolýza na ceramid a fosfocholin je závislá na kyselé sfingomyelináze, což je rozpustný lysozomální glykoprotein, jehož aktivita má optimální pH kolem 4,5.

Hydrolýza v plazmatické membráně je katalyzována sfingomyelinázou, která pracuje při pH 7,4 a která pro svou činnost vyžaduje dvojmocné hořčíkové nebo manganové ionty. Další enzymy podílející se na metabolismu a recyklaci sfingomyelinu se nacházejí v různých organelách, které se navzájem spojují vesikulárními transportními cestami.

Reference

1. Barenholz, Y., a Thompson, TE (1999). Sfingomyelin: biofyzikální aspekty. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochemie. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydání). Plenum Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Intracelulární transport a metabolismus sfingomyelinu. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. ed.). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Niemann-Pickova choroba typu C: spektrum mutací HE1 a korelace genotyp / fenotyp ve skupině NPC2. Am. J. Hum. Genet. 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Membránové vlastnosti sfingomyelinů. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Interakce sfingomyelin - cholesterol v biologických a modelových membránách. Chemistry and Physics of Lipids, 102, 13–27.
8. Vance, JE, a Vance, DE (2008). Biochemie lipidů, lipoproteinů a membrán. V New Comprehensive Biochemistry svazek 36 (4. vydání). Elsevier.