FOSFATIDYLINOSITOL: STRUKTURA, TVORBA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Fosfatidylinositol je fosfolipid rodina glycerofosfolipidů nebo fosfoglyceridy, které jsou přítomné v biologických membránách. Tvoří asi 10% celkového obsahu fosfolipidů v průměrné buňce.

Na vnitřní straně plazmatické membrány je běžné mnoho eukaryot a prokaryot. U savců a jiných obratlovců obohacuje zejména membrány mozkových buněk; a právě v těchto tkáních to poprvé pozorovali Folch a Wooley v roce 1942.

Klasická reprezentace fosfatidylinositolu (Zdroj: NEUROtiker přes Wikimedia Commons)

Jeho chemická struktura, stejně jako struktura některých jejích fosforylovaných derivátů, byla stanovena Ballouovou výzkumnou skupinou v letech 1959 až 1961.

Má důležité strukturální funkce související s jeho hojností v membránách, ale je to také důležitý zdroj druhých poslů, kteří mají důležité důsledky v buněčných signalizačních procesech, které jsou spouštěny četnými a rozmanitými zvláštními stimuly.

Jeho glykosylovaná forma se účastní kovalentní modifikace proteinů, která jim umožňuje vázat se na membrány prostřednictvím lipidových struktur nazývaných „kotvy“ GPI (glykosylfosfatidylinositol).

Struktura

Jako většina membránových lipidů je fosfatidylinositol amfipatická molekula, to znamená, že je to molekula s hydrofilním polárním koncem a hydrofobním nepolárním koncem.

Jeho obecná struktura je založena na kostře 1,2-diacylglycerol 3-fosfátu, kde dva řetězce mastných kyselin esterifikované na uhlících v pozicích 1 a 2 představují nepolární zbytky a fosfátová skupina připojená ke skupině " hlava “, představuje polární oblast.

Hlavní skupina: inositol

Molekula inositolu připojená prostřednictvím fosfodiesterové vazby k fosfátové skupině na uhlíku v poloze 3 molekuly glycerolu představuje "hlavu" skupiny tohoto fosfolipidu.

Inositol je derivát cyklohexanu, který má všechny atomy uhlíku (6), každý navázaný na hydroxylovou skupinu. Může pocházet z potravin spotřebovaných ve stravě, z de novo syntézní cesty nebo z vlastní recyklace. Mozkové buňky, jakož i další tkáně v menší míře, produkují glukózu 6-fosfát.

Struktura mnoha derivátů fosfatidylinositolu není ničím jiným než molekulou fosfatidylinositolu, ke které byly přidány fosfátové skupiny v některých hydroxylových skupinách inositolové části.

Nepolární ocasy

Uhlovodíkové řetězce nepolárních zbytků mohou mít různé délky od 16 do plus nebo mínus 24 atomů uhlíku, v závislosti na dotyčném organismu.

Tyto řetězce mohou být nasycené (jednoduché vazby uhlík-uhlík) nebo nenasycené (dvojné vazby uhlík-uhlík; mononenasycené nebo polynenasycené) a podobně jako jiné fosfolipidy odvozené od kyseliny fosfatidové mastné kyseliny v poloze C2 glycerolu 3-fosfátu obvykle je nenasycený.

Tyto lipidy mají obvykle řetězce mastných kyselin odpovídající kyselině stearové a arachidonové, obsahující 18 a 20 atomů uhlíku, jeden nasycený a druhý nenasycený.

Výcvik

Fosfatidylinositol, stejně jako jiné fosfolipidy, je tvořen z kyseliny fosfatidové, což je jednoduchý fosfolipid, jehož struktura je charakterizována dvěma nepolárními zbytky a polární hlavou složenou pouze z fosfátové skupiny připojené k uhlíku v poloze 3 glycerolu.

Syntéza de novo

Při de novo tvorbě fosfatidylinositolu reaguje kyselina fosfatidová s CTP (cytidin trifosfát), vysoce energetickou molekulou analogickou s ATP a tvoří CDP-diacylglycerol, který je běžným prekurzorem fosfatidylinositolové dráhy a jejích derivátů fosfatidylglycerol a difosfatidylglycerol nebo kardiolipin.

Dotyčná reakce je katalyzována enzymem CDP-diacylglycerol syntáza, která má dvojí subcelulární umístění, které zahrnuje mikrozomální frakci a vnitřní mitochondriální membránu.

Fosfatidylinositol následně vzniká kondenzační reakcí mezi molekulou inositolu a molekulou CDP-diacylglycerolu, která je výsledkem předchozího kroku.

Tento krok je katalyzován fosfatidylinositol syntázou (CDP-diacylglycerol: myoinositol 3-fosfatidyltransferáza), enzymem asociovaným s membránou endoplazmatického retikula savčích buněk.

Reakce, která představuje omezující krok tohoto procesu, je ve skutečnosti tvorba inositolu z glukózy 6-fosfátu, k němuž musí dojít "před" biosyntetickou cestou.

Syntéza jejích derivátů

Fosforylované deriváty fosfatidylinositolu jsou produkovány skupinou enzymů zvaných fosfatidylinositol kinázy, které jsou zodpovědné za připojení fosfátových skupin k hydroxylovým skupinám inositolové části mateřského lipidu.

Funkce

Strukturální

Podobně jako fosfatidylserin a fosfatidylglycerol, fosfatidylinositol plní více funkcí. Má důležité strukturální důsledky, protože je součástí lipidových dvojvrstev, které tvoří různé a multifunkční biologické membrány.

Mnoho proteinů se „váže“ na buněčné membrány prostřednictvím tzv. „GPI kotev“, což není nic jiného než glykosylované deriváty fosfatidylinositolu, které poskytují proteinům hydrofobní „kotvu“, která je podporuje na povrchu buňky. membrána.

Některé proteiny cytoskeletu se vážou na fosforylované deriváty fosfatidylinositolu a tento typ lipidu také slouží jako jádro pro tvorbu proteinových komplexů zapojených do exocytózy.

V buněčné signalizaci

Jeho deriváty jsou například druhými posly v mnoha hormonálních signálních procesech u savců.

Dva z nejdůležitějších sekundárních poslů odvozených z toho, co bylo nazýváno „hormonálně senzitivním fosfatidylinositolovým systémem“, jsou inositol 1,4,5-trifosfát (IP3 nebo inositol trifosfát) a diacylglycerol, které plní různé funkce. dolů “na vodopád.

IP3 se podílí na hormonální signalizační kaskádě, kterou používají systémy druhého posla, jako je adrenalin.

Inositol je rozpustný messenger, který vykonává své funkce v cytosolu, zatímco diacylglycerol je rozpustný v tucích a zůstává vázán v membráně, kde také funguje jako messenger.

Stejně tak v rostlinách bylo zjištěno, že fosforylované deriváty fosfatidylinositolu mají také důležité funkce v buněčných signalizačních kaskádách.

Reference

1. Antonsson, B. (1997). Fosfatidylinositol syntáza z savčích tkání. Biochimica et Biophysica Acta.
2. Luckey, M. (2008). Strukturní biologie membrány: s biochemickými a biofyzikálními základy. Cambridge University Press.
3. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. a Weil, P. (2009). Harperova ilustrovaná biochemie (28. vydání). McGraw-Hill Medical.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
5. Vance, JE, a Vance, DE (2008). Biochemie lipidů, lipoproteinů a membrán. V New Comprehensive Biochemistry svazek 36 (4. vydání). Elsevier.