A kardiolipin, más néven difoszfatidil-glicerin, lipid glicerofosfolípidos család és a poliglicerofosfolípidos csoport. Ez megtalálható az eukarióta szervezetek mitokondriális membránjában, sok baktérium plazmamembránjában és néhány archaában.
Pangborn fedezte fel 1942-ben egy szarvasmarha szívszövetének membrán lipidjeinek elemzése alapján. Szerkezetét 1956-ban javasolták, és a kémiai szintézisre kb. 10 évvel később került sor.
A Cardiolipin felépítése (Forrás: Edgar181 a Wikimedia Commons segítségével)
Egyes szerzők úgy vélik, hogy jelenléte az ATP-termelő membránokra korlátozódik, például az eukariótákban a mitokondriumok, a baktériumok plazmamembránjai és bizonyos protistákban a hidrogénatomok (mitokondriális szerű organellák) esetében.
Az a tény, hogy a kardiolipint megtalálhatók a mitokondriumokban és a baktériumok plazmamembránjában, megerősítették az endosimbiotikus elmélet alapjait, amely állítja, hogy a mitokondriumok az eukarióták ősejtjeiben egy baktérium fagocitózisával merültek fel, amely akkor a sejttől függővé vált, és fordítva.
Bioszintézis útját állatokban 1970 és 1972 között írták le, majd később kimutatták, hogy ugyanaz az út jár, mint a növényekben, élesztőkben, gombákban és gerinctelenekben. Nem nagyon bőséges lipid, de a sejtek megfelelő működéséhez szükség van rá.
Ennek a foszfolipidnek a mitokondriumokban és így a sejtek anyagcseréjében betöltött jelentősége nyilvánvaló, amikor a hozzá kapcsolódó metabolikus útvonalak hibája Barth-szindrómának nevezett emberi patológiát (kardio-csontváz myopathia) okoz.
Szerkezet
A kardiolipin vagy difoszfatidil-glicerin két foszfatidsav (a legegyszerűbb foszfolipid) molekulákból áll, amelyek glicerin molekulán keresztül kapcsolódnak össze.
A foszfatidsav, amely a többi foszfolipid bioszintézisének egyik legfontosabb intermedierje, egy glicerin-3-foszfát molekulából áll, amelybe két zsírsavláncot észtereznek az 1. és 2. szénatom helyén, tehát 1,2-diacil-glicerin-3-foszfát néven is ismert.
Ezért a kardiolipin három glicerinmolekulából áll: egy központi glicerinből, amely az 1. szénnél egy foszfátcsoporthoz kapcsolódik, egy másik foszfátcsoporthoz a 3. szénnél és egy hidroxilcsoporthoz a 2. szénnél kapcsolódik; és két "oldalsó" glicerin.
A két "oldalsó" glicerinmolekulát a középső molekulához "glicerinhidak" kötik össze a 3-as helyzetben lévő szénatomjukon keresztül. Az 1. és 2. helyzetben lévő szénatomon két hosszúságú és telített zsírsavlánc észterezhető. változó.
A kardiolipin egy lipid, amely képezhet vagy nem képez kettős rétegeket, attól függően, hogy van-e kétértékű kation. Ez azzal kapcsolatos, hogy szimmetrikus molekula, ami fontos szerepet játszik az energiaátadási folyamatokért felelős membránokban.
A poliglicerofoszfolipidek csoportjának többi lipidjéhez hasonlóan a kardiolipinnek számos hidroxilcsoportja van, amelyek szolgálhatnak a zsírsavak kötéséhez. Ezért több pozícionális sztereoizomerrel rendelkezik.
A zsírsavak
Különböző tanulmányok határozták meg, hogy a kardiolipin oldalsó glicerinmolekuláinakhez kapcsolódó zsírsavak általában telítetlenek, de a telítettség mértékét nem határozták meg.
Tehát az ilyen zsírsavak lehetnek 14–22 szénatom hosszúak és 0–6 kettős kötést tartalmazhatnak. Ez és az a tény, hogy a cardiolipinnek négy összekapcsolt zsírsavmolekulája van, arra utal, hogy ennek a foszfolipidnek több változója és kombinációja lehet.
Szintézis
A kardiolipin bioszintézise, amint várható, a foszfatidsav vagy az 1,2-diacil-glicerin-3-foszfát szintézisével kezdődik a glicerin-3-foszfátból és a zsírsavakból. Ez a folyamat az eukarióták mitokondriumaiban és a baktériumok plazmamembránjában fordul elő.
Szintézis az eukariótákban
A képződést követően a foszfatidsav reagál az ATP: CTP-hez analóg nagy energiájú molekulával. Ezután egy közbenső anyag, szintén nagy energiájú, foszfatidil-CMP néven ismert. Az aktivált foszfatidilcsoport átkerül a gerincként szolgáló központi glicerin-molekula C1-helyzetében lévő hidroxilcsoportba.
Ez a folyamat foszfatidil-glicerofoszfátnak nevezett molekulát eredményez, amelyet hidrolizálva foszfatidil-glicerint kapunk. Ez egy másik foszfatidil-CMP molekulából aktiválódó foszfatidilcsoportot kap, amelyet egy kardiolipin-szintáz néven ismert foszfatidil-transzferáz katalizál.
A cardiolipin szintáz enzim a belső mitokondriális membránban helyezkedik el, és úgy tűnik, hogy nagy komplexet képez, legalább az élesztőben. Génje nagy mennyiségben expresszálódik a mitokondriumokban gazdag szövetekben, például a gerincesek szívében, májában és csontvázizmában.
Aktivitásának szabályozása nagymértékben függ ugyanazon transzkripciós faktoroktól és endokrin tényezőktől, amelyek modulálják a mitokondriális biogenezist.
Miután a belső mitokondriális membránban szintetizálódtak, a cardiolipint át kell helyezni a külső mitokondriális membrán felé úgy, hogy a membránban topológiás folyamatok sorozata zajlik, és ezek más szerkezeti elemei beilleszkedjenek.
Szintézis prokariótákban
A baktériumok cardiolipin-tartalma nagymértékben változhat, és elsősorban a sejtek fiziológiai állapotától függ: általában kevésbé bőséges az exponenciális növekedési szakaszban, és bőségesebb, ha csökkentjük (például az álló fázisban).
Bioszintézis útját különböző stresszes ingerek, például energiahiány vagy ozmotikus stressz válthatják ki.
A foszfatidil-glicerin képződéséig az eljárás eukariótákban és prokariótákban egyenértékű, de prokariótákban a foszfatidil-glicerin átészterezés útján foszfatidil-csoportot kap egy másik foszfatidil-glicerin-molekulából. Ezt a reakciót egy foszfolipáz D-típusú enzim katalizálja, amelyet kardiolipin-szintáznak is hívnak.
Ezt a reakciót „transzfoszfatidilációs” reakciónak nevezzük (angolul: „transzfoszfatidiláció”), ahol az egyik foszfatidil-glicerin a foszfatidil-csoport donorja, a másik pedig akceptorként működik.
Jellemzők
A kardiolipin molekulák fizikai tulajdonságai nyilvánvalóan lehetővé teszik bizonyos interakciókat, amelyek fontos szerepet játszanak a membránok szerkezeti felépítésében, ahol megtalálhatók.
Ezen funkciók között szerepel néhány membrándomén megkülönböztetése, többek között a transzmembrán fehérjékkel vagy azok aldomaineivel való kölcsönhatás vagy "keresztezés".
Fizikai-kémiai tulajdonságainak köszönhetően a kardiolipint olyan lipidként ismerik fel, amely nem képez kettős réteget, de amelynek célja a transzmembrán fehérjék stabilizálása és „beillesztése” a lipid kettős rétegekbe.
Elektromos tulajdonságai elsősorban a mitokondriumokban zajló protonátviteli folyamatokban működnek.
Noha a sejtek e foszfolipid nélkül is képesek életben maradni, néhány tanulmány kimutatta, hogy az optimális működéshez szükséges.
Irodalom
- Harayama T. és Riezman, H. (2018). A membrán lipid összetételének sokféleségének megértése. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). Membránszerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., és Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. kiadás). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, és Feigenson, GW (2008). Membrán lipidek: hol vannak és hogyan viselkednek. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE és Vance, DE (2008). A lipidek, lipoproteinek és membránok biokémiája. A New Comprehensive Biochemistry 36. kötetében (4. kiadás). Elsevier.