Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общие строения сфинголипидов

Сфингомиелин ( SPH , ˌsfɪŋɡoˈmaɪəlɪn) - это тип сфинголипидов, обнаруженных в мембранах клеток животных , особенно в мембранной миелиновой оболочке , окружающей некоторые аксоны нервных клеток . Обычно он состоит из фосфохолина и церамида или головной группы фосфоэтаноламина ; поэтому сфингомиелины также можно отнести к сфингофосфолипидам. [1] [2] У человека SPH составляет ~ 85% всех сфинголипидов и обычно составляет 10-20 мол.% Липидов плазматической мембраны .

Сфингомиелин был впервые выделен немецким химиком Иоганном Л.В. Тудикумом в 1880-х годах. [3] О структуре сфингомиелина впервые сообщили в 1927 году как о N-ацил-сфингозин-1-фосфорилхолине. [3] Содержание сфингомиелина у млекопитающих колеблется от 2 до 15% в большинстве тканей, при этом более высокие концентрации обнаруживаются в нервных тканях, эритроцитах и ​​глазных линзах. Сфингомиелин играет важную структурную и функциональную роль в клетке. Он является компонентом плазматической мембраны и участвует во многих сигнальных путях. Метаболизм сфингомиелина создает множество продуктов, которые играют важную роль в клетке. [3]

Физические характеристики [ править ]

Сфингомиелин
Черный: Сфингозин
Красный: Фосфохолиновый
Синий: Жирная кислота
Вид сверху на сфингомиелин, демонстрирующий его почти цилиндрическую форму

Состав [ править ]

Сфингомиелин состоит из головной группы фосфохолина , сфингозина и жирной кислоты . Это один из немногих мембранных фосфолипидов, не синтезируемых из глицерина. Сфингозин и жирная кислота в совокупности могут быть отнесены к церамидам. Эта композиция позволяет сфингомиелину играть важную роль в сигнальных путях: деградация и синтез сфингомиелина создают важные вторичные мессенджеры для передачи сигнала.

Сфингомиелин, полученный из природных источников, таких как яйца или бычий мозг, содержит жирные кислоты различной длины цепи. Сфингомиелин с заданной длиной цепи, такой как пальмитоилсфингомиелин с насыщенной 16-ацильной цепью, коммерчески доступен. [4]

Свойства [ править ]

В идеале молекулы сфингомиелина имеют форму цилиндра, однако многие молекулы сфингомиелина имеют существенное несоответствие цепей (длины двух гидрофобных цепей значительно различаются). [5] Гидрофобные цепи сфингомиелина имеют тенденцию быть намного более насыщенными, чем другие фосфолипиды. Температура основной фазы перехода сфингомиелинов также выше по сравнению с температурой фазового перехода аналогичных фосфолипидов, около 37 ° C. Это может вносить латеральную гетерогенность в мембрану, генерируя домены в бислое мембраны. [5]

Сфингомиелин значительно взаимодействует с холестерином. Холестерин обладает способностью устранять фазовый переход из жидкого состояния в твердое в фосфолипидах. Поскольку температура перехода сфингомиелина находится в пределах физиологических температурных диапазонов, холестерин может играть важную роль в фазе сфингомиелина. Сфингомиелин также более склонен к образованию межмолекулярных водородных связей, чем другие фосфолипиды. [6]

Местоположение [ править ]

Сфингомиелин синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме (ER), где его можно найти в небольших количествах, и в транс- Гольджи. Он обогащен плазматической мембраной с большей концентрацией на внешней стороне, чем на внутренней створке. [7] Комплекс Гольджи представляет собой промежуточное звено между ER и плазматической мембраной, с немного более высокими концентрациями в направлении транс стороны. [8]

Метаболизм [ править ]

Синтез [ править ]

Синтез сфингомиелина включает ферментативный перенос фосфохолина от фосфатидилхолина к церамиду. Первый обязательный этап синтеза сфингомиелина включает конденсацию L-серина и пальмитоил-КоА . Эта реакция катализируется серин-пальмитоилтрансферазой . Продукт этой реакции восстанавливается с образованием дигидросфингозина. Дигидросфингозин подвергается N-ацилированию с последующей десатурацией с образованием церамида. Каждая из этих реакций происходит на цитозольной поверхности эндоплазматического ретикулума . Керамид транспортируется в аппарат Гольджи.где он может быть преобразован в сфингомиелин. Сфингомиелинсинтаза отвечает за производство сфингомиелина из церамида. Диацилглицерин образуется как побочный продукт при переносе фосфохолина. [9]

Путь синтеза сфингомиелина de novo

Деградация [ править ]

Распад сфингомиелина ответственен за запуск многих универсальных сигнальных путей. Он гидролизуется сфингомиелиназами (сфингомиелинспецифическими фосфолипазами типа C). [7] Головная группа фосфохолина выделяется в водную среду, в то время как церамид диффундирует через мембрану.

Функция [ править ]

Мембраны [ править ]

Мембранная миелиновая оболочка, которая окружает и электрически изолирует многие аксоны нервных клеток, особенно богата сфингомиелином, что предполагает его роль в качестве изолятора нервных волокон. [2] плазматическая мембрана других клеток также изобилует сфингомиелину, хотя это в значительной степени можно найти в листке exoplasmic клеточной мембраны. Однако есть некоторые свидетельства того, что во внутреннем листке мембраны также может находиться пул сфингомиелина. [10] [11] Кроме того, нейтральная сфингомиелиназа-2 - фермент, расщепляющий сфингомиелин до церамида.- было обнаружено, что он локализуется исключительно на внутренней створке, что позволяет предположить, что там может присутствовать сфингомиелин. [12]

Преобразование сигнала [ править ]

Функция сфингомиелина оставалась неясной, пока не было обнаружено, что он играет роль в передаче сигнала . [13] Было обнаружено, что сфингомиелин играет важную роль в сигнальных путях клеток. Синтез сфингомиелина на плазматической мембране сфингомиелинсинтазой 2 дает диацилглицерин, который представляет собой жирорастворимый вторичный мессенджер, который может проходить по сигнальному каскаду. Кроме того, деградация сфингомиелина может производить церамид, который участвует в апоптотическом сигнальном пути.

Апоптоз [ править ]

Было обнаружено, что сфингомиелин играет роль в апоптозе клеток путем гидролиза до церамида. Исследования, проведенные в конце 1990-х годов, показали, что церамид продуцируется в различных условиях, ведущих к апоптозу. [14] Затем была выдвинута гипотеза, что гидролиз сфингомиелина и передача сигналов церамидов важны для принятия решения о том, умирает ли клетка. В начале 2000-х годов появились новые исследования, которые определили новую роль гидролиза сфингомиелина в апоптозе, определяя не только, когда клетка умирает, но и как. [14] После дополнительных экспериментов было показано, что если гидролиз сфингомиелина происходит на достаточно ранней стадии пути, производство церамида может влиять либо на скорость и форму гибели клеток, либо работать для высвобождения блоков при последующих событиях.[14]

Липидные рафты [ править ]

Сфингомиелин, как и другие сфинголипиды, связаны с липидными микродоменами в плазматической мембране, известными как липидные рафты.. Липидные рафты характеризуются тем, что липидные молекулы находятся в липидной упорядоченной фазе, предлагая большую структуру и жесткость по сравнению с остальной частью плазматической мембраны. В рафтах ацильные цепи имеют низкое движение цепи, но молекулы обладают высокой боковой подвижностью. Этот порядок частично обусловлен более высокой температурой перехода сфинголипидов, а также взаимодействием этих липидов с холестерином. Холестерин - это относительно небольшая неполярная молекула, которая может заполнять пространство между сфинголипидами, образованное большими ацильными цепями. Считается, что липидные рафты участвуют во многих клеточных процессах, таких как сортировка и транспортировка мембран, трансдукция сигналов и поляризация клеток. [15] Избыток сфингомиелина в липидных рафтах может привести к инсулинорезистентности .[16]

Из-за специфических типов липидов в этих микродоменах липидные рафты могут накапливать определенные типы белков, связанных с ними, тем самым усиливая те особые функции, которыми они обладают. Предполагается, что липидные рафты участвуют в каскаде клеточного апоптоза. [17]

Аномалии и связанные с ними заболевания [ править ]

Сфингомиелин может накапливаться при редком наследственном заболевании, называемом болезнью Ниманна-Пика , типы A и B. Это генетически наследуемое заболевание, вызванное дефицитом лизосомального фермента кислой сфингомиелиназы , которая вызывает накопление сфингомиелина в селезенке , печени , легких , костный мозг и мозг , вызывая необратимые неврологические повреждения. Из двух типов, включающих сфингомиелиназу , тип А встречается у младенцев. Для него характерны желтуха , увеличение печени и глубокий мозг.повреждать. Дети с этим типом редко доживают до 18 месяцев. Тип B включает увеличение печени и селезенки, что обычно происходит в подростковом возрасте. Мозг не поражен. У большинства пациентов нормальный уровень фермента <1% по сравнению с нормальным уровнем. Гемолитический белок, лизенин, может быть ценным зондом для обнаружения сфингомиелина в клетках пациентов Ниманна-Пика А. [1]

В результате аутоиммунного заболевания - рассеянного склероза (РС) миелиновая оболочка нейрональных клеток в головном и спинном мозге разрушается, что приводит к потере способности передавать сигнал. У пациентов с РС наблюдается повышенная регуляция некоторых цитокинов в спинномозговой жидкости, в частности фактора некроза опухоли альфа . Это активирует сфингомиелиназу, фермент, катализирующий гидролиз сфингомиелина до церамида; Активность сфингомиелиназы наблюдалась в сочетании с клеточным апоптозом. [18]

Избыток сфингомиелина в мембране эритроцитов (как при абеталипопротеинемии ) вызывает избыточное накопление липидов во внешнем листке плазматической мембраны эритроцитов . Это приводит к образованию эритроцитов неправильной формы, называемых акантоцитами .

Дополнительные изображения [ править ]

  • Шариковая модель сфингомиелина

  • Скелетная формула сфингомиелина

  • керамид

  • Сфингозин

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Брун, Хайке; Винкельманн, Юлия; Андерсен, Кристиан; Андре, Йорг; Лейппе, Маттиас (01.01.2006). «Рассмотрение механизмов цитолитической и антибактериальной активности лизенина, защитного белка кольчатых червей Eisenia fetida» . Развитие и сравнительная иммунология . 30 (7): 597–606. DOI : 10.1016 / j.dci.2005.09.002 . ISSN  0145-305X . PMID  16386304 .
  2. ^ а б Дональд Дж. Воет; Джудит Г. Воет; Шарлотта В. Пратт (2008). «Липиды, бислои и мембраны». Принципы биохимии, третье издание . Вайли. п. 252. ISBN. 978-0470-23396-2.
  3. ^ a b c Рамстедт, B; Слотт, JP (30 октября 2002 г.). «Мембранные свойства сфингомиелинов» . Письма FEBS . 531 (1): 33–7. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (02) 03406-3 . PMID 12401199 . S2CID 35378780 .  
  4. ^ "Avanti Polar Lipids" . Архивировано 29 марта 2014 года . Проверено 16 июля 2013 .
  5. ^ a b Баренхольц, Y; Томпсон, TE (ноябрь 1999 г.). «Сфингомиелин: биофизические аспекты». Химия и физика липидов . 102 (1–2): 29–34. DOI : 10.1016 / S0009-3084 (99) 00072-9 . PMID 11001558 . 
  6. ↑ Мэсси, Джон Б. (9 февраля 2001 г.). «Взаимодействие церамидов с фосфатидилхолином, сфингомиелином и бислоями сфингомиелина / холестерина». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1510 (1–2): 167–84. DOI : 10.1016 / S0005-2736 (00) 00344-8 . PMID 11342156 . 
  7. ^ a b Testi, Роберто (декабрь 1996 г.). «Распад сфингомиелина и судьба клеток». Направления биохимических наук . 21 (12): 468–71. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (96) 10056-6 . PMID 9009829 . 
  8. ^ Брюггер, B; Sandhoff, R; Wegehingel, S; Горгас, К; Malsam, J; Helms, JB; Lehmann, WD; Никель, Вт; Виланд, FT (30 октября 2000 г.). «Доказательства сегрегации сфингомиелина и холестерина во время образования везикул, покрытых COPI» . Журнал клеточной биологии . 151 (3): 507–18. DOI : 10,1083 / jcb.151.3.507 . PMC 2185577 . PMID 11062253 .  
  9. ^ Tafesse, FG; Ternes, P; Холтуис, JC (6 октября 2006 г.). «Мультигенное семейство сфингомиелинсинтаз» . Журнал биологической химии . 281 (40): 29421–5. DOI : 10.1074 / jbc.R600021200 . hdl : 1874/19992 . PMID 16905542 . 
  10. ^ Linardic CM, Hannun YA (1994). «Идентификация отдельного пула сфингомиелина, участвующего в цикле сфингомиелина». J. Biol. Chem . 269 (38): 23530–7. PMID 8089120 . 
  11. ^ Zhang, P .; Лю, Б .; Дженкинс, GM; Hannun, YA; Обейд, LM (1997). «Экспрессия нейтральной сфингомиелиназы идентифицирует отдельный пул сфингомиелина, участвующий в апоптозе» . Журнал биологической химии . 272 (15): 9609–9612. DOI : 10.1074 / jbc.272.15.9609 . PMID 9092485 . 
  12. ^ Тани, М .; Ханнун, Ю.А. (2007). «Анализ мембранной топологии нейтральной сфингомиелиназы 2» . Письма FEBS . 581 (7): 1323–1328. DOI : 10.1016 / j.febslet.2007.02.046 . PMC 1868537 . PMID 17349629 .  
  13. Перейти ↑ Kolesnick (1994). «Передача сигнала по пути сфингомиелина». Mol Chem Neuropathol . 21 (2–3): 287–97. DOI : 10.1007 / BF02815356 . PMID 8086039 . S2CID 30521415 .  
  14. ^ a b c Грин, Дуглас Р. (10 июля 2000 г.). «Апоптоз и гидролиз сфингомиелина. Обратная сторона» . Журнал клеточной биологии . 150 (1): F5–7. DOI : 10.1083 / jcb.150.1.F5 . PMC 2185551 . PMID 10893276 .  
  15. ^ Джоконди, MC; Boichot, S; Plénat, T; Le Grimellec, CC (август 2004 г.). «Структурное разнообразие микродоменов сфингомиелина». Ультрамикроскопия . 100 (3–4): 135–43. DOI : 10.1016 / j.ultramic.2003.11.002 . PMID 15231303 . 
  16. ^ Ли, Z; Чжан, Х; Лю, Дж; Лян, КП; Ли, У; Ли, У; Тейтельман, Г; Бейер, Т; Bui, HH; Пик, DA; Zhang, Y; Сандерс, ЧП; Куо, MS; Парк, ТС; Cao, G; Цзян, XC (октябрь 2011 г.). «Уменьшение сфингомиелина плазматической мембраны увеличивает чувствительность к инсулину» . Молекулярная и клеточная биология . 31 (20): 4205–18. DOI : 10.1128 / MCB.05893-11 . PMC 3187286 . PMID 21844222 .  
  17. ^ Чжан, L; Hellgren, LI; Сюй, X (3 мая 2006 г.). «Ферментативное производство церамида из сфингомиелина». Журнал биотехнологии . 123 (1): 93–105. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2005.10.020 . PMID 16337303 . 
  18. ^ Яна, А; Пахан, К. (декабрь 2010 г.). «Сфинголипиды при рассеянном склерозе» . Нейромолекулярная медицина . 12 (4): 351–61. DOI : 10.1007 / s12017-010-8128-4 . PMC 2987401 . PMID 20607622 .  


Внешние ссылки [ править ]

  • Сфингомиелины в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)