Kardiolipinskim, također poznat kao diphosphatidylglycerol je lipida glicerofosfolípidos obitelji i skupina poliglicerofosfolípidos. Nalazi se u mitohondrijskoj membrani eukariotskih organizama, u plazma membrani mnogih bakterija, a također i u nekim arhejima.
Otkrio ga je Pangborn 1942. godine analizom membranskih lipida srčanog tkiva goveda. Njegova je struktura predložena 1956. godine, a kemijska sinteza dogodila se desetak godina kasnije.
Struktura kardiolipina (Izvor: Edgar181 putem Wikimedia Commonsa)
Neki autori smatraju da je njegova prisutnost ograničena na membrane koje proizvode ATP, kao što je slučaj mitohondrija u eukariotama, plazma membrana u bakterijama i hidrogenoma (mitohondrijalnih organela) u nekim protistima.
Činjenica da se kardiolipin nalazi u mitohondrijama i plazma membrani bakterija upotrijebljena je za pojačavanje osnova endosimbiotske teorije koja kaže da su mitohondriji nastali u stanicama eukariota potomka fagocitozom bakterije, koja tada je postao ovisan o stanici i obrnuto.
Njegov put biosinteze kod životinja opisan je između 1970. i 1972., a kasnije se pokazalo da je to isti put koji se javlja u biljkama, kvascima, gljivama i beskralješnjacima. Nije jako obilna lipida, ali stanice joj trebaju da pravilno funkcionira.
Važnost ovog fosfolipida za mitohondrije, a samim tim i za stanični metabolizam, vidljiva je kada neispravnost metaboličkih putova povezanih s njim stvara ljudsku patologiju poznatu kao Barthov sindrom (kardio-skeletna miopatija).
Struktura
Kardiolipin ili difosfatidilglicerol sastoje se od dvije molekule fosfatidne kiseline (najjednostavnijeg fosfolipida) povezane zajedno putem molekule glicerola.
Fosfatidinska kiselina, jedan od najčešćih međuprodukata u biosintetskim putovima drugih fosfolipida, sastoji se od molekule glicerola 3-fosfata kojoj se dva lanca masnih kiselina esterificiraju na položajima ugljika 1 i 2, tako da također je poznat i kao 1,2-diacilglicerol 3-fosfat.
Stoga se kardiolipin sastoji od tri molekule glicerola: središnjeg glicerola, vezanog na fosfatnu skupinu na ugljiku 1, drugog fosfatne skupine na ugljiku 3, i hidroksilne skupine na ugljiku 2; i dvije "bočne" glicerole.
Dvije „bočne“ molekule glicerola povezane su „mostovima glicerola“ kroz središnje molekule preko njihovih ugljika na položaju 3. U ugljiku na položajima 1 i 2 esterificiraju se dva lanca masnih kiselina duljine i zasićenosti. promjenjiva.
Kardiolipin je lipid koji može ili ne mora tvoriti dvoslojeve, ovisno o prisutnosti ili odsutnosti dvovalentnih kationa. To je povezano s činjenicom da je simetrična molekula, što je čini važnom u membranama koje su odgovorne za procese transdukcije energije.
Kao i ostali lipidi iz skupine poliglicerofosfolipida, i kardiolipin ima nekoliko hidroksilnih skupina koje mogu poslužiti za vezanje masnih kiselina. Stoga ima više pozicijskih stereoizomera.
Vaše masne kiseline
Različita ispitivanja utvrdila su da su masne kiseline vezane za bočne molekule glicerola kardiolipina obično nezasićene, ali stupanj nezasićenosti nije određen.
Dakle, takve masne kiseline mogu biti 14-22 ugljika u duljini i 0-6 dvostrukih veza. To i činjenica da kardiolipin ima četiri povezane molekule masnih kiselina podrazumijeva da može postojati više varijabli i kombinacija ovog fosfolipida.
Sinteza
Biosinteza kardiolipina, kao što se moglo i očekivati, započinje sintezom fosfatidne kiseline ili 1,2-diacilglicerol 3-fosfata iz glicerol 3-fosfata i masnih kiselina. Taj se proces događa u mitohondrijama eukariota i u plazma membrani bakterija.
Sinteza u eukariotama
Nakon što se formira, fosfatidinska kiselina reagira s visokoenergetskom molekulom analognom ATP: CTP. Tada se formira intermedijer, također visoke energije, poznat kao fosfatidil-CMP. Aktivirana fosfatidilna skupina prenosi se u hidroksilnu skupinu na položaju C1 u središnjoj molekuli glicerola koja služi kao okosnica.
Ovaj proces rezultira molekulom koja se naziva fosfatidilglicerofosfat, koja se hidrolizira da bi se dobio fosfatidilglicerol. Ovim se dobiva druga fosfatidilna skupina aktivirana iz druge fosfatidil-CMP molekule, reakcija katalizirana fosfatidiltransferazom poznata i kao kardiolipin sintaza.
Enzim kardiolipin sintaza nalazi se u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani i čini se da tvori veliki kompleks, barem u kvascu. Njezin se gen eksprimira u velikim količinama u tkivima bogatim mitohondrijama poput srca, jetre i koštanih mišića kralježnjaka.
Regulacija njegove aktivnosti u velikoj mjeri ovisi o istim faktorima transkripcije i endokrinskim faktorima koji moduliraju biogenezu mitohondrija.
Nakon što se sintetizira u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani, kardiolipin mora biti premješten prema vanjskoj mitohondrijskoj membrani, tako da se u membrani odvija niz topoloških procesa, a drugi strukturni elementi iste se smještaju.
Sinteza u prokariotima
Sadržaj kardiolipina u bakterijama može biti vrlo promjenjiv i uglavnom ovisi o fiziološkom stanju stanica: obično je manje obilan u fazi eksponencijalnog rasta, a obilniji je kad dolazi do njegove redukcije (na primjer, u stacionarnoj fazi).
Njegov put biosinteze može biti potaknut različitim stresnim podražajima kao što su energetski deficit ili osmotski stres.
Do stvaranja fosfatidilglicerola, postupak u eukariotima i prokariotima je ekvivalentan, ali u prokariotima fosfatidilglicerol dobiva, preslikavanjem, fosfatidilnu skupinu iz druge molekule fosfatidilglicerola. Ovu reakciju katalizira enzim fosfolipaza D tipa, također poznat kao kardiolipin sintaza.
Ta je reakcija poznata kao "transfosfatidilacija" (od engleskog "transfosfatidilacija"), pri čemu jedan od fosfatidilglicerola djeluje kao donor fosfatidilne skupine, a drugi kao akceptor.
Značajke
Fizičke karakteristike kardiolipinskih molekula očito dopuštaju određene interakcije koje igraju važnu ulogu u strukturnoj organizaciji membrana gdje se nalaze.
Među tim funkcijama su diskriminacija nekih membranskih domena, interakcija ili "crossover" s transmembranskim proteinima ili njihovim poddomenama, među ostalim.
Zahvaljujući svojim fizikalno-kemijskim karakteristikama, kardiolipin je prepoznat kao lipid koji ne tvori dvoslojni, ali čija funkcija može biti stabiliziranje i "smještaj" transmembranskih proteina u lipidnim dvoslojevima.
Konkretno, njegove električne karakteristike daju mu funkcije u procesima prenosa protona koji se odvijaju u mitohondrijama.
Iako stanice mogu preživjeti bez ovog fosfolipida, neka su istraživanja utvrdila da je potreban za njihovo optimalno funkcioniranje.
Reference
- Harayama, T., i Riezman, H. (2018). Razumijevanje raznolikosti lipidnog sastava membrane. Nature Nature Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membranska strukturna biologija: s biokemijskim i biofizičkim osnovama. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. izd.). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membranski lipidi: gdje su i kako se ponašati. Priroda recenzija, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokemija lipida, lipoproteina i membrana. U Novoj sveobuhvatnoj biokemiji Vol. 36 (4. izd.). Elsevier.