cardiolipin,ยังเป็นที่รู้จัก diphosphatidylglycerol เป็นครอบครัวไขมันglicerofosfolípidosและกลุ่มของpoliglicerofosfolípidos พบในเยื่อไมโทคอนเดรียของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตในเยื่อหุ้มพลาสมาของแบคทีเรียหลายชนิดและในอาร์เคียบางชนิด
Pangborn ค้นพบในปีพ. ศ. 2485 จากการวิเคราะห์ไขมันเมมเบรนของเนื้อเยื่อหัวใจของวัว โครงสร้างของมันถูกเสนอในปีพ. ศ. 2499 และการสังเคราะห์ทางเคมีเกิดขึ้นประมาณ 10 ปีต่อมา
โครงสร้างของ Cardiolipin (ที่มา: Edgar181 ผ่าน Wikimedia Commons)
ผู้เขียนบางคนพิจารณาว่าการมีอยู่ของมันถูก จำกัด ไว้ที่เยื่อที่ผลิต ATP เช่นในกรณีของไมโทคอนเดรียในยูคาริโอตเยื่อพลาสม่าในแบคทีเรียและไฮโดรเจนโซม (อวัยวะที่คล้ายไมโตคอนเดรีย) ในโพรทิสต์บางชนิด
ความจริงที่ว่าคาร์ดิโอลิพินพบในไมโทคอนเดรียและในเยื่อหุ้มพลาสมาของแบคทีเรียถูกนำมาใช้เพื่อเสริมสร้างฐานของทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกซึ่งระบุว่าไมโทคอนเดรียเกิดขึ้นในเซลล์ต้นกำเนิดของยูคาริโอตโดยฟาโกไซโทซิสของแบคทีเรียซึ่ง จากนั้นมันก็ขึ้นอยู่กับเซลล์และในทางกลับกัน
วิถีทางชีวสังเคราะห์ในสัตว์ได้รับการอธิบายระหว่างปี 1970 ถึง 1972 และต่อมาก็แสดงให้เห็นว่ามันเป็นเส้นทางเดียวกับที่เกิดขึ้นในพืชยีสต์เชื้อราและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ไม่ใช่ไขมันที่มีอยู่มาก แต่เซลล์ต้องการให้มันทำงานได้อย่างถูกต้อง
ความสำคัญของฟอสโฟลิปิดนี้สำหรับไมโทคอนเดรียและสำหรับการเผาผลาญของเซลล์จะเห็นได้ชัดเมื่อความผิดปกติของเส้นทางการเผาผลาญที่เกี่ยวข้องกับมันก่อให้เกิดพยาธิสภาพของมนุษย์ที่เรียกว่า Barth's syndrome (โรคกล้ามเนื้อหัวใจและโครงกระดูก)
โครงสร้าง
Cardiolipin หรือ diphosphatidylglycerol ประกอบด้วยสองโมเลกุลของกรดฟอสฟาติดิค (ฟอสโฟลิปิดที่ง่ายที่สุด) ซึ่งเชื่อมโยงกันผ่านโมเลกุลของกลีเซอรอล
กรดฟอสฟาติดิกซึ่งเป็นตัวกลางที่พบได้ทั่วไปในวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของฟอสโฟลิปิดอื่น ๆ ประกอบด้วยกลีเซอรอล 3 - ฟอสเฟตโมเลกุลซึ่งกรดไขมันสองสายจะถูกเอสเทอร์ที่ตำแหน่งของคาร์บอน 1 และ 2 ดังนั้น เรียกอีกอย่างว่า 1,2-diacylglycerol 3-phosphate
ดังนั้นคาร์ดิโอลิพินจึงประกอบด้วยกลีเซอรอล 3 โมเลกุลคือกลีเซอรอลกลางเกาะติดกับหมู่ฟอสเฟตที่คาร์บอน 1 หมู่ฟอสเฟตอีกกลุ่มที่คาร์บอน 3 และหมู่ไฮดรอกซิลที่คาร์บอน 2 และกลีเซอรอลสองด้าน
โมเลกุลของกลีเซอรอล "ด้าน" ทั้งสองถูกยึดติดกับโมเลกุลกลางโดย "สะพานกลีเซอรอล" ผ่านคาร์บอนที่ตำแหน่ง 3 ที่คาร์บอนที่ตำแหน่ง 1 และ 2 โซ่ของกรดไขมันสองเส้นที่มีความยาวและความอิ่มตัวจะถูกเอสเทอร์ ตัวแปร.
Cardiolipin เป็นไขมันที่อาจก่อตัวเป็น bilayers หรือไม่ก็ได้ขึ้นอยู่กับว่ามีหรือไม่มีไอออนบวก สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นโมเลกุลสมมาตรซึ่งทำให้มีความสำคัญในเยื่อหุ้มเซลล์ที่รับผิดชอบกระบวนการถ่ายทอดพลังงาน
เช่นเดียวกับไขมันอื่น ๆ ในกลุ่ม polyglycerophospholipids cardiolipin มีกลุ่มไฮดรอกซิลหลายกลุ่มที่สามารถทำหน้าที่จับกรดไขมันได้ ดังนั้นจึงมีสเตอริโอไอโซเมอร์หลายตำแหน่ง
กรดไขมันของคุณ
การศึกษาที่แตกต่างกันได้ระบุว่ากรดไขมันที่ติดอยู่กับโมเลกุลของกลีเซอรอลด้านข้างของคาร์ดิโอลิพินมักไม่อิ่มตัว แต่ยังไม่ได้กำหนดระดับความไม่อิ่มตัว
ดังนั้นกรดไขมันดังกล่าวสามารถมีความยาว 14-22 คาร์บอนและพันธะคู่ 0-6 นี่และความจริงที่ว่าคาร์ดิโอลิพินมีโมเลกุลของกรดไขมันที่เชื่อมโยงกันสี่โมเลกุลซึ่งหมายความว่าอาจมีตัวแปรหลายตัวและการรวมกันของฟอสโฟลิปิดนี้
สังเคราะห์
การสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Cardiolipin ตามที่คาดไว้เริ่มต้นด้วยการสังเคราะห์กรดฟอสฟาติดิคหรือ 1,2-diacylglycerol 3-phosphate จากกลีเซอรอล 3 - ฟอสเฟตและกรดไขมัน กระบวนการนี้เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียของยูคาริโอตและในเยื่อหุ้มพลาสมาของแบคทีเรีย
การสังเคราะห์ในยูคาริโอต
หลังจากก่อตัวขึ้นแล้วกรดฟอสฟาติดิกจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลพลังงานสูงที่คล้ายคลึงกับ ATP: CTP จากนั้นตัวกลางซึ่งมีพลังงานสูงเรียกว่าฟอสฟาติดิล - ซีเอ็มพี กลุ่มฟอสฟาติดิลที่เปิดใช้งานจะถูกถ่ายโอนไปยังกลุ่มไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง C1 ของโมเลกุลกลีเซอรอลกลางที่ทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลัง
กระบวนการนี้ทำให้เกิดโมเลกุลที่เรียกว่า phosphatidylglycerophosphate ซึ่งไฮโดรไลซ์เพื่อให้ได้ phosphatidylglycerol สิ่งนี้ได้รับหมู่ฟอสฟาติดิลอีกกลุ่มที่เปิดใช้งานจากโมเลกุลฟอสฟาติดิล - ซีเอ็มพีอื่นซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยฟอสฟาติดิลทรานสเฟอเรสหรือที่เรียกว่าคาร์ดิโอลิพินซินเทส
เอนไซม์คาร์ดิโอลิพินซินเทสอาศัยอยู่ในเยื่อไมโทคอนเดรียด้านในและดูเหมือนจะก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนขนาดใหญ่อย่างน้อยก็ในยีสต์ ยีนของมันแสดงออกมาในปริมาณมากในเนื้อเยื่อที่อุดมไปด้วยไมโทคอนเดรียเช่นหัวใจตับและกล้ามเนื้อโครงร่างของสัตว์มีกระดูกสันหลัง
การควบคุมกิจกรรมของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยการถอดความและปัจจัยต่อมไร้ท่อเดียวกันที่ปรับเปลี่ยนการสร้างทางชีวภาพของไมโตคอนเดรีย
เมื่อสังเคราะห์ในเยื่อไมโทคอนเดรียชั้นในแล้วคาร์ดิโอลิพินจะต้องถูกเปลี่ยนตำแหน่งไปทางเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นนอกเพื่อให้ชุดของกระบวนการทอโพโลยีเกิดขึ้นในเมมเบรนและองค์ประกอบโครงสร้างอื่น ๆ ที่เหมือนกัน
การสังเคราะห์ในโปรคาริโอต
ปริมาณคาร์ดิโอลิพินในแบคทีเรียสามารถเปลี่ยนแปลงได้สูงและขึ้นอยู่กับสถานะทางสรีรวิทยาของเซลล์เป็นหลักโดยปกติจะมีปริมาณน้อยกว่าในระยะการเจริญเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลและจะมีมากขึ้นเมื่อมีการลดลง (ในระยะหยุดนิ่งเป็นต้น)
วิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพของมันสามารถถูกกระตุ้นโดยสิ่งเร้าที่ทำให้เครียดต่าง ๆ เช่นการขาดพลังงานหรือความเครียดจากออสโมติก
จนกว่าการสร้างฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลกระบวนการในยูคาริโอตและโปรคาริโอตจะเทียบเท่ากัน แต่ในโปรคาริโอตฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลจะได้รับโดยการทรานเอสเตอริฟิเคชันซึ่งเป็นหมู่ฟอสฟาติดิลจากโมเลกุลฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลอื่น ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ phospholipase D-type หรือที่เรียกว่า cardiolipin synthase
ปฏิกิริยานี้เรียกว่าปฏิกิริยา“ ทรานฟอสฟาติดิเลชัน” (จากภาษาอังกฤษ“ ทรานฟอสฟาติดิเลชัน”) โดยที่ฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลตัวหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับของหมู่ฟอสฟาติดิลและอีกตัวเป็นตัวรับ
คุณสมบัติ
ลักษณะทางกายภาพของโมเลกุลคาร์ดิโอลิพินอนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์บางอย่างที่มีบทบาทสำคัญในการจัดโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่พบ
ในบรรดาฟังก์ชั่นเหล่านี้ ได้แก่ การเลือกปฏิบัติของโดเมนเมมเบรนการโต้ตอบหรือ "ครอสโอเวอร์" กับโปรตีนทรานส์เมมเบรนหรือโดเมนย่อย
ด้วยคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ cardiolipin จึงได้รับการยอมรับว่าเป็นไขมันที่ไม่ก่อตัวเป็น bilayer แต่มีหน้าที่ในการทำให้เสถียรและ "รองรับ" โปรตีนจากเมมเบรนใน lipid bilayers
โดยเฉพาะอย่างยิ่งลักษณะทางไฟฟ้าของมันให้หน้าที่ในกระบวนการถ่ายโอนโปรตอนที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรีย
แม้ว่าเซลล์จะสามารถดำรงอยู่ได้โดยปราศจากฟอสโฟลิปิดนี้ แต่การศึกษาบางชิ้นระบุว่าจำเป็นสำหรับการทำงานที่ดีที่สุด
อ้างอิง
- Harayama, T. , & Riezman, H. (2018). ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความหลากหลายขององค์ประกอบของไขมันเมมเบรน Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281–296.
- Luckey, M. (2008). ชีววิทยาโครงสร้างเมมเบรน: ด้วยพื้นฐานทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
- Murray, R. , Bender, D. , Botham, K. , Kennelly, P. , Rodwell, V. , & Weil, P. (2009) ชีวเคมีในภาพประกอบของ Harper (28th ed.) การแพทย์ McGraw-Hill
- van Meer, G. , Voelker, DR, และ Feigenson, GW (2008) ไขมันเมมเบรน: อยู่ที่ไหนและมีพฤติกรรมอย่างไร บทวิจารณ์ธรรมชาติ, 9, 112-124
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). ชีวเคมีของไขมันไลโปโปรตีนและเมมเบรน In New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4th ed.). เอลส์