Struktur fosfatidyletanolamin, biosintesis dan fungsi



itu phosphatidylethanolamine (PE) adalah gliserofosfolipid yang melimpah di membran plasma organisme prokariotik. Sebaliknya, dalam membran sel eukariotik ini adalah gliserofosfolipid paling banyak kedua di bagian dalam membran plasma setelah fosfatidilkolin.

Terlepas dari banyaknya fosfatidyletanolamin, kelimpahannya tidak hanya bergantung pada jenis sel tetapi juga pada kompartemen dan waktu siklus hidup sel tertentu yang dipertimbangkan..

Membran biologis adalah hambatan yang menentukan organisme seluler. Mereka tidak hanya memiliki fungsi perlindungan dan isolasi, tetapi mereka juga kunci untuk pembentukan protein yang membutuhkan lingkungan hidrofobik untuk fungsi optimal.

Baik eukariota dan prokariota memiliki membran yang terutama terdiri dari gliserofosfolipid dan, pada tingkat lebih rendah, sphingolipid dan sterol..

Gliserofosfolipid adalah molekul amphipati yang terstruktur pada kerangka L-gliserol yang diesterifikasi pada posisi sn-1 dan sn-2 oleh dua asam lemak dengan panjang dan derajat kejenuhan yang berbeda-beda. Dalam hidroksil posisi sn-3 diesterifikasi oleh gugus fosfat, yang pada gilirannya dapat bergabung dengan berbagai jenis molekul yang menimbulkan berbagai kelas gliserofosfolipid..

ada berbagai gliserofosfolipid di dunia seluler, namun yang paling banyak adalah fosfatidilkolin (PC), fosfatidiletanolamin (PE), phosphatidylserine (PS), phosphatidylinositol (PI), asam fosfatidat (PA), fosfatidilgliserol (PG) dan cardiolipin (CL).

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Biosintesis
    • 2.1 Rute Kennedy
    • 2.2 Jalur PSD
  • 3 Fungsi
  • 4 Referensi

Struktur

Struktur phosphatidylethanolamine ditemukan oleh Baer et al pada tahun 1952. Sebagai eksperimental telah ditentukan untuk semua gliserofosfolipid, fosfatidiletanolamin terdiri dari gliserol molekul diesterifikasi di sn-1 posisi dan sn-2 dengan rantai asam lemak antara 16 dan 20 atom karbon.

Asam lemak diesterifikasi di hidroksil sn-1 umumnya jenuh (tidak ada ikatan ganda) dengan panjang atom 18 karbon, sementara rantai melekat pada posisi sn-2, dengan panjang lebih besar dan dengan satu atau lebih unsaturations ( ikatan ganda).

Tingkat kejenuhan rantai ini berkontribusi pada elastisitas membran, yang memiliki pengaruh besar pada penyisipan dan sekuestrasi protein dalam bilayer..

Phosphatidylethanolamine dianggap sebagai gliserofosfolipid non-lamelar, karena memiliki bentuk geometris berbentuk kerucut. Bentuk ini diberikan oleh ukuran kecil kelompok polar atau "kepala", dalam kaitannya dengan rantai asam lemak yang terdiri dari "ekor" hidrofobik..

"Kepala" atau gugus polar dari fosfatidyletanolamin memiliki karakter zwitterionik, yaitu memiliki gugus yang dapat diisi secara positif dan negatif dalam kondisi pH tertentu.

Fitur ini memungkinkan Anda untuk membangun ikatan hidrogen dengan sejumlah besar residu asam amino dan distribusi muatannya merupakan penentu penting untuk topologi domain dari banyak protein membran integral.

Biosintesis

Dalam sel eukariotik, sintesis lipid struktural dibatasi secara geografis, sebagai situs utama biosintesis retikulum endoplasma (ER) dan pada tingkat yang lebih rendah aparatus Golgi.

Ada empat jalur biosintesis independen untuk produksi phosphatidylethanolamine: (1) rute CDP-ethanolamine, juga dikenal sebagai rute Kennedy; (2) rute PSD untuk dekarboksilasi fosfatidilserin (PS); (3) asilasi lyso-PE dan (4) reaksi perubahan basa dari kelompok polar gliserofosfolipid lainnya.

Rute Kennedy

Biosintesis phosphatidylethanolamine dengan rute ini terbatas pada ER dan telah ditunjukkan bahwa dalam sel-sel hati hamster itu adalah rute produksi utama. Ini terdiri dari tiga langkah enzimatik berturut-turut dikatalisis oleh tiga enzim yang berbeda.

Pada langkah pertama, fosfoetanolamina dan ADP diproduksi oleh aksi etanolamin kinase, yang mengkatalisis fosforilasi etanolamin yang tergantung ATP.

Tidak seperti tanaman, mamalia maupun ragi tidak mampu menghasilkan substrat ini, sehingga harus dikonsumsi dalam makanan atau diperoleh dari degradasi molekul fosfatiadletanolamin atau sphingosine yang sudah ada sebelumnya..

Phosphoethanolamine digunakan oleh CTP: phosphoethanolamine cytidyltransferase (ET) untuk membentuk senyawa berenergi tinggi CDP: ethanolamine dan anorganik fosfat.

1,2-diasilgliserol etanolamin phosphotransferase (ETP) menggunakan energi yang terkandung dalam CDP-etanolamin untuk obligasi kovalen ke etanolamin diasilgliserol molekul masukkan ke dalam membran, sehingga fosfatidiletanolamin.

Rute PSD

Rute ini beroperasi baik dalam prokariota dan dalam ragi dan mamalia. Pada bakteri itu terjadi di membran plasma, tetapi pada eukariota terjadi di daerah retikulum endoplasma yang memiliki hubungan dekat dengan membran mitokondria..

Pada mamalia, rute dikatalisis oleh enzim tunggal, fosfatidilserin dekarboksilase (PSD1p), yang tertanam dalam membran mitokondria, yang gennya dikodekan oleh nukleus. Reaksi ini melibatkan dekarboksilasi PS menjadi fosfatidyletanolamin.

Dua rute yang tersisa (lyso-PE asilasi dan pertukaran kalsium tergantung kelompok polar) terjadi di retikulum endoplasma, tetapi tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap total produksi phosphatidylethanolamine dalam sel eukariotik.

Fungsi

Gliserofosfolipid memiliki tiga fungsi utama dalam sel, termasuk fungsi struktural, penyimpanan energi, dan pensinyalan sel..

Phosphatidylethanolamine dikaitkan dengan penahan, stabilisasi dan pelipatan beberapa protein membran, serta perubahan konformasi yang diperlukan untuk berfungsinya banyak enzim.

Bukti eksperimental menunjukkan phosphatidylethanolamine sebagai glycerophospholipid penting dalam tahap akhir dari telofase, selama pembentukan cincin kontraktil dan membangun fragmoplasto memungkinkan pembagian membran dari dua sel anak.

Ini juga memiliki fungsi penting dalam semua proses fusi dan fisi (penyatuan dan pemisahan) dari membran retikulum endoplasma dan aparatus Golgi..

Dalam E. coli telah dibuktikan bahwa fosfatidyletanolamin diperlukan untuk pelipatan dan fungsi enzim laktosa yang benar, sehingga telah disarankan bahwa ia memiliki peran "pendamping" molekuler.

Phosphatidylethanolamine adalah donor utama dari molekul ethanolamine yang diperlukan untuk modifikasi pasca-translasi dari banyak protein, seperti jangkar GPI..

Gliserofosfolipid ini adalah prekursor dari banyak molekul dengan aktivitas enzimatik. Selain itu, molekul yang berasal dari metabolismenya, serta diasilgliserol, asam fosfatidat dan beberapa asam lemak, dapat bertindak sebagai pembawa pesan kedua. Selain itu, ini adalah substrat penting untuk produksi fosfatidilkolin.

Referensi

  1. Brouwers, J. F. H. M., Vernooij, E. A. A. M., Tielens, A. G. M., & van Golde, L. M. G. (1999). Pemisahan cepat dan identifikasi spesies molekuler phosphatidylethanolamine. Jurnal Lipid Research, 40 (1), 164-169. Dipulihkan dari jlr.org
  2. Calzada, E., McCaffery, J.M., & Claypool, S.M. (2018). Phosphatidylethanolamine yang diproduksi di membran mitokondria bagian dalam sangat penting untuk fungsi kompleks sitokrom bc1 ragi 3. BioRxiv, 1, 46. 
  3. Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, S.M. (2016). Metabolisme Phosphatidylethanolamine dalam Kesehatan dan Penyakit. Tinjauan Internasional Biologi Sel dan Molekuler (Vol. 321). Elsevier Inc. 
  4. Gibellini, F., & Smith, T. K. (2010). Sintesis jalur Kennedy-de novo dari phosphatidylethanolamine dan phosphatidylcholine. IUBMB Life, 62 (6), 414-428. 
  5. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Memahami keragaman komposisi lipid membran. Ulasan Alam Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296. 
  6. Luckey, M. (2008). Biologi struktural membran: dengan dasar biokimia dan biofisik. Cambrudge University Press. Diperoleh dari cambrudge.org
  7. Seddon, J. M., Cevc, G., Kaye, R. D., & Marsh, D. (1984). Studi Difraksi Sinar-X dari Polimorfisme Hidrasi Diasil-dan Dialkylphosphatidylethanolamines. Biokimia, 23 (12), 2634-2644. 
  8. Sendecki, A.M., Poyton, M.F., Baxter, A.J., Yang, T., & Cremer, P.S. (2017). Didukung Lipid Bilayers dengan Phosphatidylethanolamine sebagai Komponen Utama. Langmuir, 33 (46), 13423-13429. 
  9. van Meer, G., Voelker, D. R., & Feignenson, G. W. (2008). Lipid membran: di mana mereka berada dan bagaimana mereka berperilaku. Ulasan Alam, 9, 112-124.
  10. Vance, J. E. (2003). Biologi Molekuler dan Sel Metabolisme Phosphatidylserine dan Phosphatidylethanolamine. Dalam K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research dan Molecular Biology (hlm. 69-111). Pers Akademik.
  11. Vance, J. E. (2008). Phosphatidylserine dan phosphatidylethanolamine dalam sel mamalia: dua aminofosfolipid yang terkait secara metabolisme. Jurnal Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
  12. Vance, J. E., & Tasseva, G. (2013). Pembentukan dan fungsi phosphatidylserine dan phosphatidylethanolamine dalam sel mamalia. Biochimica et Biophysica Acta - Biologi Sel dan Molekul Sel, 1831 (3), 543-554. 
  13. Watkins, S.M., Zhu, X., & Zeisel, S.H. (2003). Aktivitas Phosphatidylethanolamine-N-methyltransferase dan diet choline mengatur fluks lipid plasma hati dan metabolisme asam lemak esensial pada tikus. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.