SPHINGOLIPID: CIRI, FUNGSI, KUMPULAN, SINTESIS - BIOLOGI - 2026

The sphingolipids adalah salah satu daripada tiga keluarga utama lipid dalam membran biologi. Seperti gliserofosfolipid dan sterol, molekul-molekul tersebut adalah molekul amphipathic dengan wilayah polar hidrofilik dan kawasan apolar hidrofobik.

Mereka pertama kali dijelaskan pada tahun 1884 oleh Johann LW Thudichum, yang menggambarkan tiga sphingolipid (sphingomyelin, cerebrosides, dan cerebrosulfatide) yang tergolong dalam tiga kelas berbeza yang diketahui: phosphoesphingolipids, glycosphingolipids neutral dan asid.

Alejandro Porto, melalui Wikimedia Commons

Tidak seperti gliserofosfolipid, sphingolipid tidak dibina berdasarkan molekul gliserol 3-fosfat sebagai tulang belakang utama, tetapi merupakan sebatian yang berasal dari sphingosine, alkohol amino dengan rantai hidrokarbon panjang yang dihubungkan oleh ikatan amida.

Dari segi kerumitan dan kepelbagaian, sekurang-kurangnya 5 jenis asas dikenali untuk sphingolipid pada mamalia. Pangkalan ini dapat disatukan oleh lebih dari 20 jenis asid lemak yang berlainan, dengan panjang dan darjah tepu yang berbeza-beza, selain banyak variasi dalam kumpulan kutub yang boleh berlaku.

Membran biologi mempunyai sekitar 20% sphingolipid. Ini mempunyai fungsi yang bervariasi dan penting dalam sel, dari struktur ke transduksi isyarat, dan pengendalian proses komunikasi selular yang berbeza.

Taburan molekul ini berbeza-beza bergantung pada fungsi organel di mana ia dijumpai, tetapi biasanya kepekatan sphingolipid jauh lebih tinggi pada lapisan luar membran plasma daripada di lapisan tunggal dan petak lain.

Pada manusia terdapat sekurang-kurangnya 60 spesies sphingolipid. Sebilangan besar dari mereka adalah komponen penting membran sel saraf, sementara yang lain memainkan peranan struktur penting atau mengambil bahagian dalam transduksi isyarat, pengiktirafan, pembezaan sel, patogenesis, kematian sel yang diprogramkan, antara lain.

E struktur

Struktur umum sphingolipid. LHcheM, dari Wikimedia Commons

Semua sphingolipid berasal dari L-serine, yang dipadatkan dengan asid lemak rantai panjang untuk membentuk asas sphingoid, juga dikenal sebagai rantai panjang (LCB).

Asas yang paling biasa adalah sphinganine dan sphingosine, yang berbeza antara satu sama lain hanya dengan adanya ikatan trans ganda antara karbon 4 dan 5 asid lemak sphingosine.

Karbon 1, 2, dan 3 sphingosine secara struktural serupa dengan gliserol karbon gliserofosfolipid. Apabila asid lemak melekat pada karbon 2 sphingosine melalui ikatan amida, ceramide dihasilkan, yang merupakan molekul yang sangat mirip dengan diacylglycerol dan mewakili sphingolipid termudah.

Asid lemak rantai panjang yang membentuk kawasan hidrofobik lipid ini boleh menjadi sangat pelbagai. Panjangnya bervariasi antara 14 hingga 22 atom karbon yang boleh mempunyai tahap tepu yang berbeza, biasanya antara karbon 4 dan 5.

Pada kedudukan 4 atau 6 mereka boleh mempunyai kumpulan hidroksil dan ikatan berganda pada kedudukan lain atau bahkan cabang seperti kumpulan metil.

ciri

Rantai asid lemak yang dihubungkan oleh ikatan amida dengan ceramida biasanya tepu, dan cenderung lebih panjang daripada yang terdapat dalam gliserofosfolipid, yang nampaknya penting untuk aktiviti biologi mereka.

Ciri khas kerangka sphingolipid adalah mereka boleh mempunyai cas positif bersih pada pH neutral, jarang terdapat di antara molekul lipid.

Walau bagaimanapun, pK a dari kumpulan amino rendah berbanding dengan amina sederhana, antara 7 dan 8, sehingga sebahagian molekul tidak dikenakan pada pH fisiologi, yang dapat menjelaskan pergerakan "bebas" antara bilayers.

Klasifikasi tradisional sphingolipid timbul dari pelbagai modifikasi yang dapat dilalui oleh molekul ceramide, terutama dari segi penggantian kumpulan kepala kutub.

ciri-ciri

Sphingolipid sangat penting pada haiwan, tumbuh-tumbuhan, dan kulat, serta pada beberapa organisma dan virus prokariotik.

-Fungsi struktur

Sphingolipid memodulasi sifat fizikal membran, termasuk kelancaran, ketebalan, dan kelengkungannya. Memodulasi sifat ini juga memberi mereka pengaruh langsung pada organisasi spasial membran protein.

Dalam "rakit" lipid

Dalam membran biologi, domain mikro dinamik dengan sedikit kelancaran dapat dikesan, terdiri dari molekul kolesterol dan sphingolipid yang disebut lipid rakit.

Struktur ini berlaku secara semula jadi dan berkait rapat dengan protein integral, reseptor permukaan sel dan protein isyarat, pengangkut, dan protein lain dengan jangkar glikosilfosfatidilinositol (GPI).

-Fungsi papan tanda

Mereka berfungsi sebagai molekul isyarat yang bertindak sebagai utusan kedua atau sebagai ligan yang dirembeskan untuk reseptor permukaan sel.

Sebagai utusan sekunder, mereka dapat berpartisipasi dalam pengaturan homeostasis kalsium, pertumbuhan sel, tumorigenesis, dan penindasan apoptosis. Tambahan pula, aktiviti protein membran integral dan periferal bergantung kepada kaitannya dengan sphingolipid.

Banyak interaksi antara sel dan sel dengan persekitarannya bergantung kepada pendedahan kumpulan kutub sphingolipid yang berlainan ke permukaan luar membran plasma.

Pengikatan glikosfingolipid dan lektin sangat penting untuk penyatuan myelin dengan akson, lekatan neutrofil ke endotelium, dll.

Produk sampingan metabolisme anda

Sphingolipid isyarat yang paling penting adalah asas rantai panjang atau sphingosin dan ceramides, serta turunannya yang terfosforilasi, seperti sphingosine 1-fosfat.

Produk metabolisme banyak sphingolipid mengaktifkan atau menghalang beberapa sasaran hiliran (protein kinase, phosphoprotein phosphatases, dan lain-lain), yang mengawal tingkah laku sel yang kompleks seperti pertumbuhan, pembezaan, dan apoptosis.

-Sebagai reseptor dalam membran

Beberapa patogen menggunakan glikosfingolipid sebagai reseptor untuk memediasi kemasukan mereka ke dalam sel inang atau untuk menyampaikan faktor virulensi kepada mereka.

Sphingolipid telah terbukti berpartisipasi dalam beberapa kejadian sel seperti rembesan, endositosis, chemotaxis, neurotransmission, angiogenesis, dan radang.

Mereka juga terlibat dalam perdagangan membran, sehingga mempengaruhi internalisasi reseptor, susunan, pergerakan dan penyatuan vesikel sekresi sebagai tindak balas terhadap rangsangan yang berbeza.

Kumpulan sphingolipid

Terdapat tiga subkelas sphingolipid, semuanya berasal dari ceramide dan berbeza antara satu sama lain oleh kumpulan polar, iaitu: sphingomyelins, glikolipid, dan gangliosida.

Sphingomyelins

Sphingomilein. Hitam: sphingosine. Merah: fosfokolin. Biru: asid lemak.

Ini mengandung phosphocholine atau phosphoethanolamine sebagai kumpulan kepala polar, sehingga mereka diklasifikasikan sebagai fosfolipid bersama dengan gliserofosfolipid. Tentunya menyerupai fosfatidilkolin dalam struktur tiga dimensi dan sifat umum kerana ia tidak mempunyai cas pada kepala kutub mereka.

Mereka terdapat di membran plasma sel-sel haiwan dan sangat banyak terdapat di myelin, selubung yang mengelilingi dan melindungi akson beberapa neuron.

Glikolipid atau glikosfingolipid neutral (tanpa cas)

Glikolipid Wpcrosson, dari Wikimedia Commons

Mereka dijumpai terutamanya pada permukaan luar membran plasma dan mempunyai satu atau lebih gula sebagai kumpulan kepala kutub yang melekat terus pada hidroksil karbon 1 bahagian ceramide. Mereka tidak mempunyai kumpulan fosfat. Oleh kerana pada pH 7 mereka tidak mempunyai cas, mereka disebut glikolipid netral.

Cerebrosides mempunyai molekul gula tunggal yang melekat pada ceramide. Mereka yang mengandungi galaktosa terdapat dalam membran plasma sel-sel tisu bukan saraf. Globosida adalah glikosfingolipid dengan dua atau lebih gula, biasanya D-glukosa, D-galaktosa, atau N-asetil-D-galaktosamin.

Gangliosida asid atau glikosfingolipid

Struktur ganglioside GM1

Ini adalah sphingolipid yang paling kompleks. Mereka mempunyai oligosakarida sebagai kumpulan kepala polar dan satu atau lebih residu asid N-asetiluramik terminal, juga disebut asid sialik. Asid sialik memberikan gangliosida muatan negatif pada pH 7, yang membezakannya dari glikosfingolipid neutral.

Tatanama kelas sphingolipid ini bergantung pada jumlah residu asid sialik yang terdapat di bahagian oligosakarida pada kepala kutub.

Sintesis

Molekul asas rantai panjang atau sphingosine, disintesis dalam retikulum endoplasma (ER) dan penambahan kumpulan kutub ke kepala lipid ini berlaku kemudian di kompleks Golgi. Pada mamalia, beberapa sintesis sphingolipid juga boleh berlaku pada mitokondria.

Setelah menyelesaikan sintesis mereka di kompleks Golgi, sphingolipid diangkut ke petak sel lain melalui mekanisme perantara vesikel.

Biosintesis sphingolipid terdiri daripada tiga peristiwa asas: sintesis asas rantai panjang, biosintesis ceramides oleh penyatuan asid lemak melalui ikatan amida, dan akhirnya, pembentukan sphingolipid kompleks melalui penyatuan kumpulan kutub pada karbon 1 pangkalan sphingoid.

Sebagai tambahan kepada sintesis de novo, sphingolipid juga dapat dibentuk oleh pergantian atau kitar semula pangkalan rantai panjang dan ceramida, yang dapat memberi makan kumpulan sphingolipid.

Sintesis rangka ceramide

Biosintesis ceramide, tulang belakang sphingolipid, bermula dengan pemeluwapan dekarboksilatif molekul palmitoyl-CoA dan L-serine. Reaksi dikatalisis oleh heterodimeric serine palmitoyl transferase (SPT), bergantung pada pyridoxal fosfat dan produknya adalah 3-keto dihydrosphingosine.

Enzim ini dihambat oleh β-halo-L-alanines dan L-sikloserin. Dalam ragi ia dikodkan oleh dua gen, sementara pada mamalia terdapat tiga gen untuk enzim ini. Laman aktif terletak di sisi sitoplasma retikulum endoplasma.

Peranan enzim pertama ini dipelihara dalam semua organisma yang dikaji. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perbezaan antara taksa yang berkaitan dengan lokasi subselular enzim: bakteria adalah sitoplasma, ragi, tumbuhan dan haiwan berada dalam retikulum endoplasma.

3-ketosphinganine kemudiannya dikurangkan oleh reduktase 3-ketosphinganine yang bergantung pada NADPH untuk menghasilkan sphinganine. Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) kemudian asetilat sphinganine untuk menghasilkan dihydroceramide. Ceramide kemudian dibentuk oleh dihydroceramide desaturase / reductase, yang memasukkan ikatan trans ganda pada kedudukan 4-5.

Pada mamalia terdapat banyak isoform sintase ceramide, masing-masing mengikat rantai asid lemak tertentu ke rantai panjang. Oleh itu, ceramides synthase dan enzim lain, elongases, menyediakan sumber utama kepelbagaian asid lemak dalam sphingolipid.

Pembentukan sphingolipid khusus

Sphingomyelin disintesis dengan pemindahan fosfokolin dari fosfatidilkolin ke ceramide, melepaskan diasilgliserol. Tindak balas itu menghubungkan laluan isyarat sphingolipid dan gliserofosfolipid.

Phosphoethanolamine ceramide disintesis dari phosphatidylethanolamine dan ceramide dalam tindak balas yang serupa dengan sintesis sphingomyelin, dan setelah terbentuk, ia dapat dimetilasi dengan sphingomyelin. Inositol fosfat ceramides dibentuk oleh transesterifikasi dari phosphatidylinositol.

Glikosfingolipid diubahsuai terutamanya di kompleks Golgi, di mana enzim glikosiltransferase tertentu mengambil bahagian dalam penambahan rantai oligosakarida di kawasan hidrofilik kerangka ceramide.

Metabolisme

Degradasi sphingolipid dilakukan oleh enzim glukohidrolase dan sphingomyelinases, yang bertanggungjawab untuk menghilangkan modifikasi kumpulan kutub. Sebaliknya, ceramidases menjana asas rantai panjang dari ceramides.

Gangliosida terdegradasi oleh sekumpulan enzim lysosomal yang menjadi pemangkin penghapusan unit gula langkah demi langkah, akhirnya menghasilkan ceramide.

Laluan degradasi lain terdiri daripada internalisasi sphingolipid pada vesikel endosit yang dihantar kembali ke membran plasma atau diangkut ke lisosom di mana ia terdegradasi oleh hidrolase asid tertentu.

Tidak semua asas rantai panjang dikitar semula, retikulum endoplasma mempunyai laluan untuk penurunan terminal mereka. Mekanisme degradasi ini terdiri daripada fosforilasi dan bukannya asilasi LCB, yang menimbulkan molekul isyarat yang boleh menjadi substrat larut untuk enzim lyase yang memecah LCB-fosfat untuk menghasilkan acyloaldehydes dan phosphoethanolamine.

Peraturan

Metabolisme lipid ini diatur pada berbagai tahap, salah satunya adalah enzim yang bertugas untuk sintesis, pengubahsuaian pasca-terjemahan, dan mekanisme alosteriknya.

Beberapa mekanisme pengawalseliaan khusus sel, baik untuk mengawal momen perkembangan sel di mana ia dihasilkan atau sebagai tindak balas terhadap isyarat tertentu.

Rujukan

1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Bioaktif Sphingolipid: Metabolisme dan Fungsi. Jurnal Penyelidikan Lipid, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Homeostasis Sphingolipid di Endoplasma Reticulum dan Di Luar. Perspektif Pelabuhan Cold Spring dalam Biologi, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH, & Hannun, YA (2004). Kehidupan kompleks sphingolipid sederhana. Laporan EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T., & Campopiano, DJ (2018). Biosintesis sphingolipid pada manusia dan mikrob. Laporan Produk Semula Jadi, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S., & Futerman, AH (2007). Metabolisme dan fungsi sphingolipid dan glikosfingolipid. Sains Hayat Sel dan Molekul, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekul (edisi ke-5). Freeman, WH & Syarikat.
7. Luckey, M. (2008). Biologi struktur membran: dengan asas biokimia dan biofizik. Akhbar Universiti Cambridge. Diperolehi dari www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Laluan metabolisme sphingolipid dan glycosphingolipid pada era sphingolipidomics. Ulasan Kimia, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).
10. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam Biokimia Komprehensif Baru Vol. 36 (edisi ke-4). Elsevier.