Фосфатид қышқылы: құрамы, синтезі және жасушадағы ролі

Кіріспе

Липидтік қосылыстар класы. Фосфатид қышқылдары – жасуша сигнализациясы және липидтік иондық каналдардың тікелей қозуы үшін маңызды аниондық фосфолипидтер. Фосфатид қышқылының гидролизі нәтижесінде глицерин мен фосфор қышқылының бір-бір молекуласы және май қышқылдарының екі молекуласы түзіледі. Олар екі қабаттағы фосфолипидтердің шамамен 0,25% құрайды.

Құрылымы

Фосфатид қышқылы глицерин негізінен тұрады, әдетте, 1-көміртекке қаныққан май қышқылы, 2-көміртекке қанықпаған май қышқылы және 3-көміртекке фосфат тобы байланысқан.

Биосинтездегі рөлі

ПА – клеткадағы барлық ацилглицерол липидтерінің түзілуіне (тікелей немесе жанама) биосинтетикалық прекурсор ретінде әрекет ететін маңызды клеткалық липид. Сүтқоректілер мен ашытқы клеткаларында ПА-ның де ново синтезі үшін екі түрлі жол белгілі: глицерол-3 фосфат жолы немесе дигидроксиацетон фосфат жолы. Бактерияларда тек бірінші жол ғана кездеседі, ал осы жолды бұзатын мутациялар өлімге әкеледі, бұл ПА-ның маңыздылығын көрсетеді. Бұл жолдардағы ферменттер артық болған сүтқоректілер мен ашытқы клеткаларында кез келген ферменттің мутациясы өлімге әкелмейді. Дегенмен, in vitro әртүрлі ацилтрансферазалардың ПА-ға қосылған ацил-КоА-ларға қатысты әртүрлі субстрат ерекшеліктерін көрсететінін атап өткен жөн. Әртүрлі ацилтрансферазалардың клеткаішілік таралуы да әр түрлі, мысалы, эндоплазмалық тор (ЭР), митохондриялар немесе пероксисомалар және белсендірілген май қышқылдарының жергілікті концентрациясы. Бұл сүтқоректілер мен ашытқы жасушаларында кездесетін әртүрлі ацилтрансферазалар ПА-ның әртүрлі резервуарларын өндіруге жауапты болуы мүмкін дегенді білдіреді. және синтез, ал бұл рөлдер ПА-ның биофизикалық қасиеттерімен байланысты болуы мүмкін.

Мембрана бүршіктеуі немесе бірігу орындарында мембрана қисық болады немесе жоғары қисықтыққа ие болады. Көпіршіктердің бүршіктеуіндегі маңызды оқиға, мысалы, Голгиден тасымалдаушылар, мембраналық мойынның пайда болуы және одан кейінгі тарылуы болып табылады. Зерттеулер бұл процестің липидтік факторларға байланысты болуы мүмкін екенін және DAG-нің өзінің бірегей молекулалық пішініне байланысты орталық рөл атқаратынын болжайды. Екі ацил тізбегінің болуы, бірақ бас тобының болмауы мембраналарда үлкен теріс қисықтықты тудырады. LPAAT BARS 50 де Голгиден шығуға қатысты. Бұл липидтерден туындайтын қисықтық тек лизоПА мен ПА құрылысына ғана емес, сонымен қатар бас топтарының гидратациясы, молекулааралық және ішкі молекулалық өзара әрекеттесу сияқты динамикалық қасиеттерге де байланысты екені көрсетілді. Мысалы, Ca2+ екі ПА-мен өзара әрекеттесіп, бейтарап, бірақ өте қисық кешенді құрауы мүмкін. Бас топтарының кері зарядтарының бейтараптануы және стерикалық кедергілердің болмауы ацил тізбектері арасындағы күшті молекулааралық өзара әрекеттесуді қамтамасыз етеді, нәтижесінде ПА-ға бай микродомендер пайда болады. Осылайша, in vitro, pH, температура және катион концентрациясының физиологиялық өзгерістері ПА және лизоПА-ның әсерінен мембрананың қисылуына күшті әсер етеді. Мысалы, TREK 1 каналдары PLD және ПА өндірісімен жергілікті байланыста белсендіріледі. TREK 1 үшін ПА-ның диссоциациялық константасы шамамен 10 микромолярды құрайды. Мембранадағы ПА-ның төмен концентрациясымен біріктірілген салыстырмалы түрде әлсіз байланыс каналдың өшірілуіне мүмкіндік береді. Активация үшін жергілікті жоғары концентрация жергілікті липидтік диффузияның кем дегенде кейбір шектеулерін көрсетеді. PA-ның көп мөлшерде төмен концентрациясы жоғары жергілікті жарылыстармен біріктіріліп, PIP2 сигнализациясына қарама-қарсы. PIP2 мембранада салыстырмалы түрде жоғары сақталады, содан кейін PIP2 сигналын уақытша азайту үшін белоктың жанында уақытша гидролизденіп қалады. ПА сигнализациясы PIP2 сигнализациясын айналады, өйткені мақсатты белокқа күшті жергілікті әсер ету үшін сигнализациялық липидтің жалпы концентрациясы өзгеруіне қажеті жоқ. Жоғарыда сипатталғандай, PLD ПК-ны ПА және холинді қалыптастыру үшін гидролиздейді. Холин клеткада өте көп болғандықтан, PLD белсенділігі холин деңгейіне айтарлықтай әсер етпейді; және холин сигнализацияда ешқандай рөл атқармайды. Көптеген сигнализациялық контексттердегі PLD активациясының рөлі, холиннің рөлі жоқ болуымен бірге, ПА сигнализацияда маңызды екенін көрсетеді. Алайда, ПА тез арада DAG-ға айналады, ал DAG-ның да сигнализациялық молекула екені белгілі. Бұл ПА-ның сигнализацияда тікелей рөлі бар ма, әлде ол жай ғана DAG өндірісінің бастауышы ретінде жұмыс істейді ме деген сұрақ тудырады. Егер ПА тек DAG прекурсоры ретінде әрекет ететін болса, онда бір адам неге жасушалар бір қадамда DAG өндіретін PLC құрайтын екі ферментті қолдана отырып DAG өндіреді деген сұрақ қоя алады. PLD немесе DAGK арқылы өндірілген ПА-ны [γ 32P]АТФ қосылуымен ажыратуға болады. Бұл фосфат тобының киназа белсенділігінен жаңадан алынғандығын немесе оның ПК-дан пайда болғанын көрсетеді. PA және DAG бір-бірімен ауыстырылса да, олар бірдей жолдармен әрекет етпейді. PLD белсендіретін стимулдар DAG-дан төменгі ағыстағы ферменттерді белсендірмейді және керісінше. Мысалы, ПЛД-ны мембранаға қосу [32P] деп белгіленген ПА және [32P] деп белгіленген фосфоинозиттер өндірісіне әкеледі. DAGK ингибиторларының қосылуы [32P] деп белгіленген ПА өндірісін жояды, бірақ PLD стимулданған фосфоинозиттер өндірісін жоймайды. ПА және DAG бір-бірімен ауыстырылса да, жеке сигнализациялық және сигнализациялық емес липидтер резервуарлары сақталуы мүмкін. Зерттеулер DAG сигнализациясы полиқажетсіз DAG арқылы жүзеге асырылатынын, ал PLD туынды ПА моноқажетсіз немесе қаныққан болып табылатынын көрсетті. Осылайша, функционалды қаныққан/моноқажетсіз ПА гидролиз арқылы функционалды емес қаныққан/моноқажетсіз DAG-ға айналдырылуы мүмкін, ал функционалды полиқажетсіз DAG функционалды емес полиқажетсіз ПА-ға айналдырылуы мүмкін. Бұл модель ПА және DAG эффектторлары бас топтары бірдей, бірақ ацил тізбектері әртүрлі липидтерді ажырата білуі керек екенін көрсетеді. Кейбір липид байланыстырушы ақуыздар мембранаға еніп, ацил тізбегінің түрін немесе мембрананың нәтижесінде туындаған қасиеттерін тануы мүмкін болғанымен, көптеген липид байланыстырушы ақуыздар цитозольдік болып табылады және липидтердің бас топтарына ғана байланысып мембранаға локализацияланады. Мүмкін, әртүрлі ацил тізбектері мембранадағы бас топтың бұрышына әсер етуі мүмкін. Егер осылай болса, ПА байланыстыру домені ПА-ны ғана емес, сонымен қатар дұрыс бұрыштағы бас топтарын анықтай білуі керек екенін көрсетеді. Механизм қандай болса да, мұндай ерекшелік мүмкін. Оны шошқаның мүшесіндегі полиқажетсіз DAG-ға қатысты DAGK және екі егеуқұйдың бауыр LPP-лерінде әртүрлі белсенділікпен әртүрлі ПА түрлерін дефосфорилдейтін екі LPP-де көруге болады. Сонымен қатар, SK1 белсенділігін in vitro PS арқылы стимуляциялау қолданылған диолеоил (C18:1), дистеароил (C18:0) немесе 1 стеароил, 2 олеоил PS түрлеріне байланысты айтарлықтай өзгереді. Осылайша, ПА және DAG бір-бірімен ауыстырылса да, липидтердің әртүрлі түрлері әртүрлі биологиялық белсенділікке ие болуы мүмкін; және бұл екі липидтің жеке сигнализациялық жолдарды сақтауына мүмкіндік береді.

At sites of membrane budding or fusion, the membrane becomes or is highly curved. A major event in the budding of vesicles, such as transport carriers from the Golgi, is the creation and subsequent narrowing of the membrane neck. Studies have suggested that this process may be lipid driven, and have postulated a central role for DAG due to its, likewise, unique molecular shape. The presence of two acyl chains but no headgroup results in a large negative curvature in membranes. The LPAAT BARS 50 has also been implicated in budding from the Golgi. The curvature induced by these lipids was shown to be dependent not only on the structure of lysoPA versus PA but also on dynamic properties, such as the hydration of head groups and inter and intramolecular interactions. For instance, Ca2+ may interact with two PAs to form a neutral but highly curved complex. The neutralisation of the otherwise repulsive charges of the headgroups and the absence of any steric hindrance enables strong intermolecular interactions between the acyl chains, resulting in PA rich microdomains. Thus in vitro, physiological changes in pH, temperature, and cation concentrations have strong effects on the membrane curvature induced by PA and lysoPA. For example TREK 1 channels are activated by local association with PLD and production of PA. The dissociation constant of PA for TREK 1 is approximately 10 micromolar. The relatively weak binding combined with a low concentration of PA in the membrane allows the channel to turn off. The local high concentration for activation suggests at least some restrictions in local lipid diffusion. The bulk low concentration of PA combined with high local bursts is the opposite of PIP2 signaling. PIP2 is kept relatively high in the membrane and then transiently hydrolized near a protein in order to transiently reduce PIP2 signaling. PA signaling mirrors PIP2 signaling in that the bulk concentration of signaling lipid need not change to exert a potent local effect on a target protein. As described above, PLD hydrolyzes PC to form PA and choline. Because choline is very abundant in the cell, PLD activity does not significantly affect choline levels; and choline is unlikely to play any role in signaling. The role of PLD activation in numerous signaling contexts, combined with the lack of a role for choline, suggests that PA is important in signaling. However, PA is rapidly converted to DAG, and DAG is also known to be a signaling molecule. This raises the question as to whether PA has any direct role in signaling or whether it simply acts as a precursor for DAG production. If it is found that PA acts only as a DAG precursor, then one can raise the question as to why cells should produce DAG using two enzymes when they contain the PLC that could produce DAG in a single step. PA produced by PLD or by DAGK can be distinguished by the addition of [γ 32P]ATP. This will show whether the phosphate group is newly derived from the kinase activity or whether it originates from the PC. Although PA and DAG are interconvertible, they do not act in the same pathways. Stimuli that activate PLD do not activate enzymes downstream of DAG, and vice versa. For example, it was shown that addition of PLD to membranes results in the production of [32P] labeled PA and [32P] labeled phosphoinositides. The addition of DAGK inhibitors eliminates the production of [32P] labeled PA but not the PLD stimulated production of phosphoinositides. It is possible that, though PA and DAG are interconvertible, separate pools of signaling and non signaling lipids may be maintained. Studies have suggested that DAG signaling is mediated by polyunsaturated DAG, whereas PLD derived PA is monounsaturated or saturated. Thus functional saturated/monounsaturated PA can be degraded by hydrolysing it to form non functional saturated/monounsaturated DAG, whereas functional polyunsaturated DAG can be degraded by converting it into non functional polyunsaturated PA. This model suggests that PA and DAG effectors should be able to distinguish lipids with the same headgroups but with differing acyl chains. Although some lipid binding proteins are able to insert themselves into membranes and could hypothetically recognize the type of acyl chain or the resulting properties of the membrane, many lipid binding proteins are cytosolic and localize to the membrane by binding only the headgroups of lipids. Perhaps the different acyl chains can affect the angle of the head group in the membrane. If this is the case, it suggests that a PA binding domain must not only be able to bind PA specifically but must also be able to identify those head groups that are at the correct angle. Whatever the mechanism is, such specificity is possible. It is seen in the pig testes DAGK that is specific for polyunsaturated DAG and in two rat hepatocyte LPPs that dephosphorylate different PA species with different activities. Moreover, the stimulation of SK1 activity by PS in vitro was shown to vary greatly depending on whether dioleoyl (C18:1), distearoyl (C18:0), or 1 stearoyl, 2 oleoyl species of PS were used. Thus it seems that, though PA and DAG are interconvertible, the different species of lipids can have different biological activities; and this may enable the two lipids to maintain separate signaling pathways.

АЗ өндірісін өлшеу

ПА тез арада DAG-қа айналғандықтан, жасуша ішінде оның өмір сүру ұзақтығы өте қысқа. Бұл ПА өндірісін өлшеуді және осылайша жасушада ПА-ның қызметін зерттеуді қиындатады. Дегенмен, PLD белсенділігін жасушаға біріншілік спирттер қосу арқылы анықтауға болады. PLD гидролизден гөрі трансфосфатидиляция реакциясын катализдейді, нәтижесінде ПА орнына фосфатидил спирттері түзіледі. Фосфатидил спирттері метаболизмде соқпаққа тірелетін қосылыстар болып табылады және оларды оңай экстракциялап, өлшеуге болады. Осылайша, PLD белсенділігі және ПА өндірісін (бірақ ПА-ның өзін емес) өлшеуге болады, ал ПА түзілуін тоқтату арқылы ПА-ның жасуша процестеріне қатысуын болжауға болады.