Fosfatidiletanolamin (PE) je amonijum fosfatid abundande u plazmi membrana za prokariote. Suprotno tome, u eukariotskim staničnim membranama ovo je drugi najbrojniji glicerofosfolipid na unutarnjoj strani plazma membrane nakon fosfatidilholina.
Unatoč obilju fosfatidiletanolamina, njegovo obilje ovisi ne samo o vrsti stanice već i o odjeljku i trenutku određenog životnog ciklusa ćelije.
Molekula fosfatidiletanolamina
Biološke membrane su barijere koje definiraju stanične organizme. Oni nemaju samo zaštitnu i izolacijsku funkciju, već su ključni i za stvaranje proteina kojima je za optimalno funkcioniranje potrebno hidrofobno okruženje.
I eukarioti i prokarioti imaju membrane sastavljene uglavnom od glicerofosfolipida i, u manjoj mjeri, sfingolipida i sterola.
Glicerofosfolipidi su amfipatski molekuli strukturirani na leđnoj osnovi L-glicerola koja se esterificira na pozicijama sn-1 i sn-2 pomoću dvije masne kiseline različite duljine i stupnja zasićenja. U hidroksilu sn-3 položaja esterificira ga fosfatna skupina na koju se zauzvrat mogu povezati različite vrste molekula koje stvaraju različite klase glicerofosfolipida.
U staničnoj svijetu postoji velika raznolikost glicerofosfolipida, međutim najzastupljeniji su fosfatidilholin (PC), fosfatidiletanolamin (PE), fosfatidilserin (PS), fosfatidilinozitol (PI), fosfatidinska kiselina (PA), fosfatidil (fosfatidil) kardiolipin (CL).
Struktura
Baer i suradnici otkrili su strukturu fosfatidiletanolamina 1952. Kako je eksperimentalno utvrđeno za sve glicerofosfolipide, fosfatidiletanolamin se sastoji od molekule glicerola esterificirane na pozicijama sn-1 i sn-2 s kiselinskim lancima masna s između 16 i 20 atoma ugljika.
Masne kiseline esterificirane u sn-1 hidroksilu općenito su zasićene (bez dvostrukih veza) s maksimalnim duljinama od 18 atoma ugljika, dok su lanci povezani u sn-2 položaju duži i s jednom ili više nezasićenja (dvostruke veze).
Stupanj zasićenosti ovih lanaca doprinosi elastičnosti membrane, što ima veliki utjecaj na ubacivanje i sekvestraciju proteina u dvosloju.
Fosfatidiletanolamin smatra se ne-lamelarnim glicerofosfolipidom, jer ima konusni geometrijski oblik. Ovaj oblik daje mala veličina njegove polarne skupine ili "glave", u odnosu na lance masnih kiselina koji sadrže hidrofobne "repove".
"Glava" ili polarna skupina fosfatidiletanolamina ima zwitterionski karakter, to jest, ima skupine koje se mogu pod određenim pH uvjetima pozitivno i negativno nabiti.
Ova karakteristika omogućuje mu vezanje vodika s velikim brojem aminokiselinskih ostataka, a njegova raspodjela naboja ključna je odrednica za topologiju domena mnogih proteina integralne membrane.
biosinteza
U eukariotskim stanicama sinteza strukturnih lipida je geografski ograničena, a glavno mjesto biosinteze je endoplazmatski retikulum (ER) i u manjoj mjeri Golgijev aparat.
Postoje četiri neovisna biosintetska putanja za proizvodnju fosfatidiletanolamina: (1) put CDP-etanolamina, također poznat i kao Kennedyjev put; (2) PSD put fosfatidilserina (PS) dekarboksilacije; (3) acilacija lizo-PE i (4) reakcije promjene baze polarne skupine drugih glicerofosfolipida.
Kennedy Route
Biosinteza fosfatidiletanolamina ovim putem ograničena je na ER i pokazalo se da je u stanicama jetre hrčka glavni put proizvodnje. Sastoji se od tri uzastopna enzimska koraka katalizirana od strane tri različita enzima.
U prvom koraku, fosfoetanolamin i ADP nastaju zahvaljujući djelovanju etanolamin kinaze, koja katalizira fosforilaciju etanolamina ovisnog o ATP-u.
Za razliku od biljaka, ni sisavci niti kvasci nisu sposobni proizvoditi ovaj supstrat, pa ga treba konzumirati u prehrani ili dobiti razgradnjom već postojećih molekula fosfatidiletanolamina ili sfingozina.
Fosfoetanolamin koristi CTP: fosfoetanolamin citidiltransferaza (ET) za stvaranje visokoenergetskog spoja CDP: etanolamin i anorganski fosfat.
1,2-diacilglicerol etanolamin-fosfotransferaza (ETP) koristi energiju sadržanu u CDP-etanolaminskoj vezi da kovalentno veže etanolamin na membranski umetnutu molekulu diaciglicerolala, stvarajući fosfatidiletanolamin.
PSD rute
Ova ruta djeluje i kod prokariota i kod kvasca i sisavaca. Kod bakterija se javlja u plazma membrani, ali kod eukariota nastaje u području endoplazmatskog retikuluma koji je usko povezan s mitohondrijskom membranom.
Kod sisavaca put katalizira jedan enzim, fosfatidilserin dekarboksilaza (PSD1p), koji je ugrađen u mitohondrijsku membranu, čiji je gen kodiran jezgrom. Reakcija uključuje dekarboksilaciju PS u fosfatidiletanolamin.
Preostala dva puta (PE-liza acilacija i izmjena kalcija ovisna o polarnoj skupini) javljaju se u endoplazmatskom retikuluu, ali ne doprinose značajno ukupnoj proizvodnji fosfatidiletanolamina u eukariotskim stanicama.
Značajke
Glicerofosfolipidi imaju tri glavne funkcije u stanici, među kojima se ističu strukturne funkcije, skladištenje energije i stanična signalizacija.
Fosfatidiletanolamin povezan je sa sidrenjem, stabilizacijom i savijanjem proteina više membrana, kao i s konformacijskim promjenama potrebnim za funkciju mnogih enzima.
Postoje eksperimentalni dokazi koji predlažu fosfatidiletanolamin kao ključni glicerofosfolipid u kasnoj fazi telofaze, tijekom formiranja kontraktilnog prstena i uspostavljanja fragmoplasta koji omogućava podjelu membrane dviju kćerskih stanica.
On također ima važnu ulogu u svim procesima fuzije i fisije (spajanja i odvajanja) membrane i endoplazmatskog retikuluma i Golgijevog aparata.
U E. coli pokazano je da je fosfatidiletanolamin potreban za pravilno savijanje i funkciju permeze enzima laktoze, zbog čega se sugerira da igra ulogu molekulskog „kapelona“.
Fosfatidiletanolamin je glavni davatelj molekule etanolamina potrebnog za post-translacijsku modifikaciju brojnih proteina, poput GPI sidara.
Ovaj glicerofosfolipid je preteča brojnih molekula s enzimskim djelovanjem. Nadalje, molekule izvedene iz njegovog metabolizma, kao i diacilglicerol, fosfatidinska kiselina i neke masne kiseline, mogu djelovati kao drugi glasnici. Uz to, važan je supstrat za proizvodnju fosfatidilholina.
Reference
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, i van Golde, LMG (1999). Brzo odvajanje i identifikacija molekularnih vrsta fosfatidiletanolamina. Časopis za istraživanje lipida, 40 (1), 164–169. Oporavak od jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Fosfatidiletanolamin proizveden u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani je neophodan za funkciju citokroma bc1 složenog kvasca 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., i Claypool, SM (2016). Metabolizam fosfatidiletanolamina u zdravlju i bolesti. Međunarodni pregled stanične i molekularne biologije (Vol. 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Kennedyjev put - nova sinteza fosfatidiletanolamina i fosfatidilkolina. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Oporavak s cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, i Marsh, D. (1984). Studija difrakcije rendgenskih zraka o polimorfizmu hidratiziranih diacil- i dialkilfosfatidiletanolaminima. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Podržani lipidni dvostruki slojevi s fosfatidiletanolaminom kao glavnom komponentom. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Membranski lipidi: gdje su i kako se ponašati. Priroda recenzija, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Molekularna i stanična biologija metabolizma fosfatidilserina i fosfatidiletanolamina. U K. Moldave (ur.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (str. 69-111). Akademska štampa.
- Vance, JE (2008). Fosfatidilserin i fosfatidiletanolamin u stanicama sisavaca: dva metabolički povezana aminofosfolipida. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Tvorba i funkcija fosfatidilserina i fosfatidiletanolamina u stanicama sisavaca. Biochimica et Biophysica Acta - Molekularna i stanična biologija lipida, 1831. (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., i Zeisel, SH (2003). Aktivnost fosfatidiletanolamina-N-metiltransferaze i prehrambeni holin reguliraju lipidni tok jetre i plazme i metabolizam esencijalnih masnih kiselina u miševa. Časopis Nutrition, 133 (11), 3386–3391.