Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сигнальная молекула
Signaling molecule
Фосфатидилинозитол, или инозитолфосфолипид, – это биомолекула. Изначально он назывался "инозитом", когда был обнаружен Леоном Макенном и Иоганном Иосифом фон Шерером в конце XIX века. Он был обнаружен в бактериях, но позднее также найден в эукариотах, и было установлено, что это сигнальная молекула. Биомолекула может существовать в 9 различных изомерах. Это липид, содержащий фосфатную группу, две жирнокислотные цепи и одну молекулу инозитольного сахара. Обычно фосфатная группа имеет отрицательный заряд (при физиологических значениях pH). В результате молекула является амфифильной. Синтез этой молекулы ограничен эндоплазматическим ретикулумом.
Phosphatidylinositol or inositol phospholipid is a biomolecule. It was initially called "inosite" when it was discovered by Léon Maquenne and Johann Joseph von Scherer in the late 19th century. It was discovered in bacteria but later also found in eukaryotes, and was found to be a signaling molecule. The biomolecule can exist in 9 different isomers. It is a lipid which contains a phosphate group, two fatty acid chains, and one inositol sugar molecule. Typically, the phosphate group has a negative charge (at physiological pH values). As a result, the molecule is amphiphilic. The production of the molecule is limited to the endoplasmic reticulum.
История применения фоспатидиллинозитола
Фосфатидилинозитол (ПИ) и его производные имеют богатую историю, восходящую к их открытию Иоганном Иосифом фон Шерером и Леоном Макенном в конце XIX века. Изначально известный как "инозит" из-за своего сладкого вкуса, выделение и характеристика инозитола заложили основу для понимания его циклогексанольной структуры. Работа Теодора Постернака позволила более детально выяснить конфигурацию мио-инозитола, основной формы, встречающейся в эукариотических тканях. Изучение изомеров инозитола и их физиологических функций выявило сложное взаимодействие в различных организмах. Наличие инозитола в липидах в этерифицированном виде, особенно в ПИ, было впервые обнаружено у бактерий, а затем подтверждено у эукариотических организмов исследователями, такими как Клинтон Баллоу и Дэн Браун. Их новаторская работа установила структуру ПИ и его фосфорилированных форм, проливая свет на их роль в качестве сигнальных молекул. Несмотря на сложность номенклатуры и изомеризма инозитолов, современные исследования значительно расширили понимание их разнообразных функций в клеточной физиологии и сигнальных путях. Открытие ПИ и его производных, а также их сложная роль в клеточной сигнализации, знаменует собой важную главу в области биохимии. От ранних исследований структуры инозитола до идентификации его различных изомеров и их физиологических функций, изучение соединений инозитола продолжает открывать новые сведения о клеточных процессах.
Phosphatidylinositol (PI) and its derivatives have a rich history dating back to their discovery by Johann Joseph von Scherer and Léon Maquenne in the late 19th century. Initially known as "inosite" based on its sweet taste, the isolation and characterization of inositol laid the groundwork for understanding its cyclohexanol structure. Théodore Posternak's work further elucidated the configuration of myo inositol, the principal form found in eukaryotic tissues. The study of inositol isomers and their physiological functions has revealed a complex interplay in various organisms. The esterified presence of inositol in lipids, particularly PI, was first observed in bacteria and later confirmed in eukaryotic organisms by researchers like Clinton Ballou and Dan Brown. Their pioneering work established the structure of PI and its phosphorylated forms, shedding light on their roles as signaling molecules. Despite the complexity of inositol nomenclature and isomerism, modern research has greatly advanced the understanding of their diverse functions in cellular physiology and signaling pathways. The discovery of PI and its derivatives, along with their intricate roles in cellular signaling, marks a significant chapter in the field of biochemistry. From early investigations into inositol's structure to the identification of its various isomers and their physiological functions, the study of inositol compounds continues to uncover new insights into cellular processes.
Структура и химия
Фосфатидилинозитол (ФИ), также известный как инозитолфосфолипид, – это липид, состоящий из фосфатной группы, двух жирных кислотных цепей и одной молекулы инозитола. Он относится к классу фосфатидилглицеридов и обычно встречается в качестве минорного компонента на цитозольной стороне мембран эукариотических клеток. Фосфатная группа придает молекулам отрицательный заряд при физиологическом pH. ФИ может существовать в девяти различных формах: мио-, сцилло-, муко-, эпи-, нео-, алло-, D-хиро-, L-хиро- и цис-инозитол. Эти изомеры широко распространены в биологии и выполняют множество функций, например, восприятие вкуса, регуляцию уровня фосфатов, метаболический поток, транскрипцию, экспорт и трансляцию мРНК, передачу сигналов инсулина, эмбриональное развитие и реакцию на стресс. Цис-инозитол – единственный изомер, не встречающийся в природе. ФИ обладает амфифильными свойствами, сочетая полярные и неполярные области, благодаря своей глицерофосфолипидной структуре, содержащей глицериновый остов, два неполярных жирнокислотных хвоста и фосфатную группу, замещенную полярной головной группой инозитола.
Phosphatidylinositol (PI), also known as inositol phospholipid, is a lipid composed of a phosphate group, two fatty acid chains, and one inositol molecule. It belongs to the class of phosphatidylglycerides and is typically found as a minor component on the cytosolic side of eukaryotic cell membranes. The phosphate group imparts a negative charge to the molecules at physiological pH. PI can exist in nine different forms, myo , scyllo , muco , epi , neo , allo , D chiro , L chiro , and cis inositol. These isomers are common in biology and have many functions, for example taste sensory, regulating phosphate levels, metabolic flux, transcription, mRNA export and translation, insulin signaling, embryonic development and stress response. Cis inositol is the only isomer not found naturally in nature. PI exhibits an amphiphilic nature, with both polar and non polar regions, due to its glycerophospholipid structure containing a glycerol backbone, two non polar fatty acid tails, and a phosphate group substituted with an inositol polar head group.
Гидролиз
Значение метаболизма фосфатидиллинозитола (ФИ) заключается в его роли потенциального трансдукционного механизма, что подтверждается исследованиями, показывающими гидролиз ФИ, индуцированный гормонами и нейротрансмиттерами. Гидролиз начинается с фермента PI 4-киназа альфа (PI4Kα), который преобразует ФИ в ФИ 4-фосфат (PI4P), который затем превращается в ФИ (4,5)-бифосфат (PI(4,5)P2) ферментом PI 4-фосфат 5-киназа (PI4P5K). PI(4,5)P2 затем гидролизуется фосфолипазой C (PLC) с образованием вторичных мессенджеров – инозитол (1,4,5)-трифосфата (IP3) и диацилглицерола (DG). Затем DG фосфорилируется до фосфатидной кислоты (PA) DG-киназой (DGK). ПА также непосредственно образуется из фосфатидилхолина (ФХ) фосфолипазой D (PLD). Липидные транспортные белки облегчают обмен ФИ и ПА между мембранами, обеспечивая его доступность для рецепторных механизмов на плазматической мембране, даже в органеллах, таких как митохондрии, не способных к синтезу ФИ. [[Файл:гидролиз и синтез фосфатидиллинозитола.jpg|thumb|alt=|Изображение процесса гидролиза и биосинтеза на плазматической мембране и эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Описание цикла ФИ с соответствующими ферментативными процессами и реакциями. Создано Матиасом Солли Сандсальеном в BioRender.com, модифицировано по работам Н. Дж. Блансома и С. Коккрофта. Этот участок также вносит вклад в синтез большинства фосфолипидов, а именно фосфатидилхолина (ФХ), фосфатидилэтаноламина (ФЭ), фосфатидилсерина (ФС) и триацилглицерола (ТГ). Синтез включает в себя ряд ферментативных реакций. Биосинтез и фосфорилирование ФИ в основном ограничены цитозольной поверхностью органелл, благодаря уже присутствующим в них киназам, но не в ЭР. De novo синтез ФИ начинается с ацилирования глицеральдегид-3-фосфата (Г3Ф) ферментами GPAT в положении sn-1 ацильной цепи. Затем следует второе ацилирование ферментами LPAAT1, LPAAT2 и LPAAT3, ферментами LPAAT, в положении sn-2 ацильной цепи. Этот двухэтапный процесс ацилирует Г3Ф до фосфатидной кислоты (PA). ПА превращается в промежуточное соединение CDP-диацилглицерол (CDP-DG) в процессе, называемом CDP-диаглицерол-синтазой. Этот синтез катализируется ферментами CDS1 и CDS2, ферментами CDS. В конечном ферментативном процессе CDP-DG и инозитол катализируются ферментом PI-синтазой (PIS) и синтезируются в ФИ.
The significance of phosphatidylinositol (PI) metabolism lies in its role as a potential transducing mechanism, evident from studies showing hormone and neurotransmitter induced hydrolysis of PI. The hydrolysis starts with the enzyme PI 4 kinase alpha (PI4Kα) converting PI into PI 4 phosphate (PI4P), which is then converted into PI (4,5) biphosphate (PI(4,5)P2) by the enzyme PI 4 phosphate 5 kinase (PI4P5K). PI(4,5)P2 is then hydrolysed by phospholipase C (PLC) and forms the second messengers, inositol (1,4,5) triphosphate (IP3) and diacylglycerol (DG). DG is then phosphyrylated to phosphatidic acid (PA) by DG kinase (DGK). PA is also directly produced from phosphatidylcholine (PC) by phospholipase D (PLD). Lipid transfer proteins facilitate the exchange of PI and PA between membranes, ensuring its availability for receptor mechanisms on the plasma membrane, even in organelles like mitochondria incapable of PI synthesis. [[File:Phosphatidylinositol hydrolysis and synthesis. jpg|thumb|alt=|Depicting the process of hydrolysis and biosynthesis at the plasma membrane and Endoplasmic Reticulum (ER). Describing the cycle of PI, with respective enzymatic processes and reactions. Made by Mathias Sollie Sandsdalen in BioRender. com, modified from N. J. Blunsom and S. Cockcroft. This site also contributes the synthesis to the majority of phospholipids, namely phosphatidylcholine (PC), phosphatidylethanolamine (PE), phosphatidylserine (PS) and triacylglycerol (TG). The synthesis involves a series of enzymatic reactions. The biosynthesis and phosphorylation of PI is mainly confined to the cytosolic facing surface of organelles by already residential kinases, but not at the ER spesifically. De novo PI synthesis of PI starts with an acylated process of Glyceraldehyde 3 phosphate (G 3 P) by GPAT enzymes at the sn 1 acyl chain position. The process is then followed by a second acylation with LPAAT1, LPAAT2 and LPAAT3, LPAAT enzymes, at the sn 2 acyl chain position. This double step process acylates G 3 P to phosphatidic acid (PA). PA is converted into the intermediate CDP diacylglycerol (CDP DG) by a process called CDP diaglycerol synthase. This synthesis is catalyzed by the use of CDS1 and CDS2, CDS enzymes. In the final enzymatic process, CDP DG and inositol are catalyzed by the enzyme PI synthase (PIS) and synthesised into PI.