КАРДИОЛИПИН: СТРУКТУРА, СИНТЕЗА, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Кардиолипин, такође познат као дипхоспхатидилглицерол, је липидни глицерофосфолипидос породица и група полиглицерофосфолипидос. Налази се у митохондријалним мембранама еукариотских организама, у плазма мембрани многих бактерија, а такође и у неким археама.

Открио га је Пангборн 1942. године анализом мембранских липида срчаног ткива говеда. Његова структура је предложена 1956. године, а хемијска синтеза се догодила десетак година касније.

Структура кардиолипина (Извор: Едгар181 путем Викимедиа Цоммонс)

Неки аутори сматрају да је његово присуство ограничено на мембране које производе АТП, као што је случај митохондрија у еукариотама, плазма мембрана у бактеријама и хидрогенома (митохондријалних органела) код одређених протиста.

Чињеница да се кардиолипин налази у митохондријама и плазма мембрани бактерија коришћена је за учвршћивање основа ендосимбиотске теорије, која каже да су митохондрији настали у ћелијама еукариота потомка фагоцитозом бактерије, која тада је постао зависан од ћелије и обрнуто.

Његов пут биосинтетике код животиња описан је између 1970. и 1972., а касније је показано да је то исти пут који се јавља у биљкама, квасцима, гљивама и бескраљешњацима. Није много обилног липида, али ћелијама је потребно да правилно функционишу.

Важност овог фосфолипида за митохондрије и, према томе, за ћелијски метаболизам, евидентна је када неисправност метаболичких путева повезаних с њим ствара људску патологију познату као Бартх-ов синдром (кардио-скелетна миопатија).

Структура

Кардиолипин или дифосфатидилглицерол су састављени од два молекула фосфатидне киселине (најједноставнијег фосфолипида) повезаних заједно кроз молекулу глицерола.

Фосфатидинска киселина, један од најчешћих интермедијара у биосинтетским путевима других фосфолипида, састоји се од молекула глицерола 3-фосфата којем су два ланца масних киселина естерификована на положајима угљеника 1 и 2, тако да такође је познат и као 1,2-диацилглицерол 3-фосфат.

Стога се кардиолипин састоји од три молекуле глицерола: централног глицерола, везаног за фосфатну групу на угљенику 1, другог фосфатне групе на угљенику 3 и хидроксилне групе на угљенику 2; и два "бочна" глицерола.

Два „бочна“ молекула глицерола су везана за централни молекул „мостовима глицерола“ преко њихових угљеника на положају 3. На угљеницима на позицијама 1 и 2, два ланца масних киселина дужине и засићења су естерификовани. променљива.

Кардиолипин је липид који може или не мора формирати двослојеве, овисно о присуству или одсуству двовалентних катиона. Ово је повезано са чињеницом да је симетричан молекул, што га чини важним у мембранама које су одговорне за процесе трансдукције енергије.

Као и остали липиди из групе полиглицерофосфолипида, и кардиолипин има неколико хидроксилних група које могу послужити за везање масних киселина. Због тога има више позиционих стереоизомера.

Ваше масне киселине

Различита испитивања су утврдила да су масне киселине везане за бочне молекуле глицерола кардиолипина обично незасићене, али степен незасићености није утврђен.

Дакле, такве масне киселине могу бити 14-22 угљеника у дужини и 0-6 дуплих веза. Ово и чињеница да кардиолипин има четири повезане молекуле масних киселина подразумева да може постојати више варијабли и комбинација овог фосфолипида.

Синтеза

Биосинтеза кардиолипина, као што се може и очекивати, започиње синтезом фосфатидне киселине или 1,2-диацилглицерол 3-фосфата из глицерол 3-фосфата и масних киселина. Овај процес се дешава у митохондријама еукариота и у плазма мембрани бактерија.

Синтеза у еукариотама

После формирања, фосфатидна киселина реагује са високоенергетским молекулом аналогним АТП: ЦТП. Тада се формира интермедијер, такође велике енергије, познат као фосфатидил-ЦМП. Активирана фосфатидил група се преноси у хидроксилну групу на положају Ц1 у централном молекулу глицерола који служи као окосница.

Овај процес има за последицу молекул назван фосфатидилглицерофосфат, који се хидролизује да би се добио фосфатидилглицерол. Овим се добија друга фосфатидил група активирана из друге фосфатидил-ЦМП молекуле, реакција коју катализује фосфатидилтрансфераза такође позната и као кардиолипин синтаза.

Ензим кардиолипин синтаза налази се у унутрашњој митохондријској мембрани и чини се да формира велики комплекс, барем у квасцу. Његов ген се експримира у великим количинама у ткивима богатим митохондријама као што су срце, јетра и скелетни мишићи кичмењака.

Регулација његове активности у великој мери зависи од истих фактора транскрипције и ендокриних фактора који модулирају биогенезу митохондрија.

Једном синтетизовани у унутрашњој митохондријалној мембрани, кардиолипин се мора преместити према спољној митохондријској мембрани тако да се у мембрани одвија низ тополошких процеса, а други структурни елементи исте смештају.

Синтеза у прокариотима

Садржај кардиолипина у бактеријама може бити веома променљив и углавном зависи од физиолошког стања ћелија: обично је мање обилан у експоненцијалној фази раста и обилнији је када је смањује (на пример, у стационарној фази).

Његов биосинтетски пут може бити покренут различитим стресним подражајима као што су дефицит енергије или осмотски стрес.

Све до стварања фосфатидилглицерола, процес у еукариотима и прокариотима је еквивалентан, али у прокариотима фосфатидилглицерол добија, трансетерификацијом, фосфатидил групу из другог молекула фосфатидилглицерола. Ову реакцију катализује фосфолипаза ензим типа Д, такође познат као кардиолипин синтаза.

Ова реакција је позната као "трансфосфатидилација" (од енглеског "трансфосфатидилација"), где један од фосфатидилглицерола делује као донор фосфатидилне групе, а други као акцептор.

Карактеристике

Физичке карактеристике кардиолипинских молекула очигледно омогућавају одређене интеракције које играју важну улогу у структурној организацији мембране на којима се налазе.

Међу ове функције спадају и дискриминација неких мембранских домена, интеракција или "цроссовер" са трансмембранским протеинима или њиховим поддоменама, између осталих.

Захваљујући својим физикално-хемијским карактеристикама, кардиолипин је препознат као липид који не формира двослојни, али чија функција може бити стабилизовање и „смештај“ трансмембранских протеина у липидним двослојевима.

Конкретно, његове електричне карактеристике дају му функције у процесима преноса протона који се одвијају у митохондријама.

Иако ћелије могу преживети без овог фосфолипида, неке студије су утврдиле да је потребан за њихово оптимално функционисање.

Референце

1. Хараиама, Т., и Риезман, Х. (2018). Разумевање разноликости липидног састава мембране. Натуре Ревиевс Молецулар Целл Биологи, 19 (5), 281–296.
2. Луцкеи, М. (2008). Мембранска структурна биологија: са биохемијским и биофизичким основама. Цамбридге Университи Пресс.
3. Мурраи, Р., Бендер, Д., Ботхам, К., Кеннелли, П., Родвелл, В., & Веил, П. (2009). Харпер'с Иллустратед Биоцхемистри (28. изд.). МцГрав-Хилл Медицал.
4. ван Меер, Г., Воелкер, ДР, & Феигенсон, ГВ (2008). Мембрански липиди: где су и како се понашати. Натуре Ревиевс, 9, 112-124.
5. Ванце, ЈЕ и Ванце, ДЕ (2008). Биохемија липида, липопротеина и мембрана. У новој свеобухватној биохемији, свезак 36 (четврто издање). Елсевиер.