SPHINGOLIPIDS: ลักษณะหน้าที่กลุ่มการสังเคราะห์ - ชีววิทยา - 2026

สฟิงโกลิพิดเป็นหนึ่งในสามครอบครัวที่สำคัญของไขมันในเยื่อหุ้มชีวภาพ เช่นเดียวกับกลีเซอโรฟอสโฟลิปิดและสเตอรอลพวกมันเป็นโมเลกุลแอมฟิพาทิกที่มีบริเวณขั้วที่ชอบน้ำและบริเวณอะโพลาร์ที่ไม่ชอบน้ำ

มีการอธิบายครั้งแรกในปี 2427 โดย Johann LW Thudichum ผู้ซึ่งอธิบาย sphingolipids 3 ชนิด (sphingomyelin, cerebrosides และ cerebrosulfatide) ซึ่งอยู่ในกลุ่ม 3 ประเภทที่แตกต่างกันซึ่งเป็นที่รู้จัก ได้แก่ phosphoesphingolipids, glycosphingolipids ที่เป็นกลางและเป็นกรด

Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons

ซึ่งแตกต่างจากกลีเซอโรฟอสเฟต sphingolipids ไม่ได้สร้างขึ้นจากโมเลกุลของกลีเซอรอล 3 ฟอสเฟตเป็นกระดูกสันหลังหลัก แต่เป็นสารประกอบที่ได้จากสฟิงโกซีนซึ่งเป็นแอลกอฮอล์อะมิโนที่มีสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนยาวที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเอไมด์

ในแง่ของความซับซ้อนและความหลากหลายอย่างน้อย 5 ชนิดของฐานที่แตกต่างกันเป็นที่รู้จักสำหรับ sphingolipids ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ฐานเหล่านี้สามารถรวมกันได้ด้วยกรดไขมันมากกว่า 20 ชนิดโดยมีความยาวและระดับความอิ่มตัวที่แตกต่างกันไปนอกเหนือจากความหลากหลายในกลุ่มขั้วที่สามารถเกิดขึ้นได้

เยื่อชีวภาพมี sphingolipids ประมาณ 20% สิ่งเหล่านี้มีหน้าที่ที่หลากหลายและสำคัญในเซลล์ตั้งแต่โครงสร้างไปจนถึงการส่งสัญญาณและการควบคุมกระบวนการสื่อสารของเซลลูลาร์ที่แตกต่างกัน

การกระจายของโมเลกุลเหล่านี้แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการทำงานของออร์แกเนลล์ที่พบ แต่โดยปกติความเข้มข้นของสฟิงโคลิปิดจะสูงกว่าในชั้นเดียวด้านนอกของเมมเบรนในพลาสมามากกว่าในชั้นเดียวด้านในและช่องอื่น ๆ

ในมนุษย์มี sphingolipids อย่างน้อย 60 ชนิด หลายคนเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทในขณะที่คนอื่น ๆ มีบทบาททางโครงสร้างที่สำคัญหรือมีส่วนร่วมในการถ่ายทอดสัญญาณการรับรู้การสร้างความแตกต่างของเซลล์การเกิดโรคการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้และอื่น ๆ

โครงสร้างE

โครงสร้างทั่วไปของ sphingolipids LHcheM จาก Wikimedia Commons

sphingolipids ทั้งหมดมาจาก L-serine ซึ่งควบแน่นด้วยกรดไขมันสายยาวเพื่อสร้างฐาน sphingoid หรือที่เรียกว่า long-chain base (LCB)

ฐานที่พบบ่อยที่สุดคือสฟิงกานีนและสฟิงโกซีนซึ่งแตกต่างกันเฉพาะเมื่อมีพันธะคู่ทรานส์ระหว่างคาร์บอน 4 และ 5 ของกรดไขมันสฟิงโกซีน

คาร์บอน 1, 2 และ 3 ของสฟิงโกซีนนั้นมีโครงสร้างคล้ายคลึงกับคาร์บอนกลีเซอรอลของกลีเซอโรฟอสโฟลิปิด เมื่อกรดไขมันติดอยู่กับคาร์บอน 2 ของ sphingosine ผ่านพันธะเอไมด์จะเกิดเซราไมด์ซึ่งเป็นโมเลกุลที่คล้ายกับไดอะซิลกลีเซอรอลมากและเป็นตัวแทนของ sphingolipid ที่ง่ายที่สุด

กรดไขมันสายยาวที่ประกอบเป็นบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของไขมันเหล่านี้มีความหลากหลายมาก ความยาวแตกต่างกันไปตั้งแต่ 14 ถึง 22 อะตอมของคาร์บอนที่สามารถมีระดับความอิ่มตัวต่างกันโดยปกติจะอยู่ระหว่างคาร์บอน 4 และ 5

ในตำแหน่งที่ 4 หรือ 6 พวกเขาสามารถมีหมู่ไฮดรอกซิลและพันธะคู่ในตำแหน่งอื่น ๆ หรือแม้แต่กิ่งก้านเช่นกลุ่มเมธิล

ลักษณะเฉพาะ

โซ่ของกรดไขมันที่เชื่อมโยงด้วยพันธะเอไมด์กับเซราไมด์มักจะอิ่มตัวและมีแนวโน้มที่จะยาวกว่าที่พบในกลีเซอโรฟอสโฟลิปิดซึ่งดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อกิจกรรมทางชีวภาพ

ลักษณะเด่นของโครงกระดูก sphingolipid คือสามารถมีประจุบวกสุทธิที่ pH เป็นกลางซึ่งหาได้ยากในโมเลกุลของไขมัน

อย่างไรก็ตาม pK a ของกลุ่มอะมิโนนั้นต่ำเมื่อเทียบกับเอมีนธรรมดาระหว่าง 7 ถึง 8 ดังนั้นส่วนหนึ่งของโมเลกุลจะไม่ถูกเรียกเก็บเงินที่ pH ทางสรีรวิทยาซึ่งสามารถอธิบายการเคลื่อนที่ "อิสระ" ของสิ่งเหล่านี้ระหว่าง bilayers

การจำแนกประเภทของ sphingolipids แบบดั้งเดิมเกิดขึ้นจากการดัดแปลงหลายครั้งที่โมเลกุลของเซราไมด์สามารถผ่านได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการแทนที่กลุ่มหัวขั้ว

คุณสมบัติ

Sphingolipids มีความจำเป็นในสัตว์พืชและเชื้อรารวมทั้งในสิ่งมีชีวิตและไวรัสโปรคาริโอตบางชนิด

- ฟังก์ชั่นโครงสร้าง

Sphingolipids ปรับคุณสมบัติทางกายภาพของเมมเบรนรวมถึงความลื่นความหนาและความโค้ง การปรับคุณสมบัติเหล่านี้ยังให้อิทธิพลโดยตรงต่อการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโปรตีนเมมเบรน

ในลิพิด "แพ"

ในเยื่อชีวภาพสามารถตรวจพบไมโครโดเมนแบบไดนามิกที่มีความลื่นไหลน้อยซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของคอเลสเตอรอลและสฟิงโกลิปิดที่เรียกว่าลิพิดแพ

โครงสร้างเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติและเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับโปรตีนอินทิกรัลตัวรับที่ผิวเซลล์และโปรตีนสัญญาณตัวขนส่งและโปรตีนอื่น ๆ ที่มีแองเคอไกลโคซิลฟอสฟาติดิลิโนซิทอล (GPI)

-Signage ฟังก์ชั่น

พวกมันมีหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณที่ทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารตัวที่สองหรือเป็นแกนด์ที่หลั่งออกมาสำหรับตัวรับที่ผิวเซลล์

ในฐานะผู้ส่งสารทุติยภูมิพวกเขาสามารถมีส่วนร่วมในการควบคุมสภาวะสมดุลของแคลเซียมการเติบโตของเซลล์การสร้างเนื้องอกและการปราบปรามการตายของเซลล์ นอกจากนี้กิจกรรมของโปรตีนเมมเบรนอินทิกรัลและเมมเบรนส่วนปลายจำนวนมากขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์กับสฟิงโคลิปิด

ปฏิสัมพันธ์หลายอย่างระหว่างเซลล์กับเซลล์กับสภาพแวดล้อมขึ้นอยู่กับการสัมผัสของกลุ่มขั้วต่าง ๆ ของ sphingolipids ที่ผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มพลาสมา

การจับกันของไกลโคสฟิงโคลิปิดและเลคตินมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเชื่อมโยงไมอีลินกับแอกซอนการยึดเกาะของนิวโทรฟิลกับเอนโดทีเลียมเป็นต้น

ผลพลอยได้จากการเผาผลาญของคุณ

sphingolipids สัญญาณที่สำคัญที่สุดคือฐานโซ่ยาวหรือสฟิงโกซีนและเซราไมด์รวมทั้งอนุพันธ์ของฟอสโฟรีเลต์เช่นสฟิงโกซีน 1 - ฟอสเฟต

ผลิตภัณฑ์เมแทบอลิซึมของ sphingolipids หลายตัวกระตุ้นหรือยับยั้งเป้าหมายปลายน้ำหลายชนิด (โปรตีนไคเนสฟอสโฟโปรทีนฟอสฟาเตสและอื่น ๆ ) ซึ่งควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ที่ซับซ้อนเช่นการเจริญเติบโตการแตกต่างและการตายของเซลล์

- เป็นตัวรับในเมมเบรน

เชื้อโรคบางชนิดใช้ไกลโคสฟิงโกลิปิดเป็นตัวรับเพื่อเป็นสื่อกลางในการเข้าสู่เซลล์ของโฮสต์หรือส่งปัจจัยที่ทำให้เกิดความรุนแรง

Sphingolipids แสดงให้เห็นว่ามีส่วนร่วมในเหตุการณ์ของเซลล์หลายอย่างเช่นการหลั่ง endocytosis, chemotaxis, neurotransmission, angiogenesis และการอักเสบ

พวกเขายังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการค้าเมมเบรนด้วยดังนั้นจึงมีผลต่อการสร้างตัวรับการสั่งการการเคลื่อนไหวและการรวมตัวของถุงหลั่งเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่แตกต่างกัน

กลุ่ม Sphingolipid

sphingolipids มีสามคลาสย่อยทั้งหมดได้มาจากเซราไมด์และแตกต่างจากกลุ่มขั้ว ได้แก่ sphingomyelins, glycolipids และ gangliosides

Sphingomyelins

Sphingomilein สีดำ: sphingosine สีแดง: ฟอสโฟโคลีน สีน้ำเงิน: กรดไขมัน

พวกนี้มีฟอสโฟโคลีนหรือฟอสโฟเอธาโนลามีนเป็นกลุ่มหัวขั้วดังนั้นจึงจัดเป็นฟอสโฟลิปิดพร้อมกับกลีเซอโรฟอสเฟต แน่นอนว่าพวกมันมีลักษณะคล้ายฟอสฟาติดิลโคลีนในโครงสร้างสามมิติและคุณสมบัติทั่วไปเนื่องจากไม่มีประจุไฟฟ้าบนหัวขั้ว

พวกมันมีอยู่ในเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์สัตว์และมีมากโดยเฉพาะในไมอีลินซึ่งเป็นปลอกที่ล้อมรอบและหุ้มแอกซอนของเซลล์ประสาทบางชนิด

glycolipids เป็นกลางหรือ glycosphingolipids (ไม่มีค่าใช้จ่าย)

Glycolipid Wpcrosson จาก Wikimedia Commons

ส่วนใหญ่พบที่ผิวหน้าด้านนอกของพลาสมาเมมเบรนและมีน้ำตาลอย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็นกลุ่มหัวขั้วที่ยึดติดกับไฮดรอกซิลของคาร์บอน 1 ของส่วนเซราไมด์โดยตรง พวกเขาไม่มีหมู่ฟอสเฟต เนื่องจากที่ pH 7 จึงไม่มีประจุจึงเรียกว่าไกลโคลิปิดที่เป็นกลาง

เซเรโบรไซด์มีน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่ยึดติดกับเซราไมด์ พวกที่มีกาแลคโตสพบได้ในพลาสมาของเซลล์เนื้อเยื่อที่ไม่ใช่เซลล์ประสาท Globosides เป็นไกลโคสฟิงโคลิปิดที่มีน้ำตาลตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปโดยปกติคือ D-glucose, D-galactose หรือ N-acetyl-D-galactosamine

gangliosides ที่เป็นกรดหรือ glycosphingolipids

โครงสร้างของ ganglioside GM1

เหล่านี้เป็นสฟิงโคลิปิดที่ซับซ้อนที่สุด พวกมันมีโอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นกลุ่มหัวขั้วและสารตกค้างของกรด N-acetylmuramic อย่างน้อยหนึ่งขั้วหรือที่เรียกว่ากรดเซียลิก กรดเซียลิกให้ gangliosides ประจุลบที่ pH 7 ซึ่งแยกออกจาก glycosphingolipids ที่เป็นกลาง

ระบบการตั้งชื่อของ sphingolipids ระดับนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของกรดเซียลิกที่ตกค้างอยู่ในส่วนโอลิโกแซ็กคาไรด์ของหัวขั้ว

สังเคราะห์

โมเลกุลฐานโซ่ยาวหรือสฟิงโกซีนถูกสังเคราะห์ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER) และการเพิ่มกลุ่มขั้วที่ส่วนหัวของไขมันเหล่านี้จะเกิดขึ้นในคอมเพล็กซ์กอลจิในภายหลัง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการสังเคราะห์ sphingolipids บางชนิดสามารถเกิดขึ้นได้ในไมโทคอนเดรีย

หลังจากเสร็จสิ้นการสังเคราะห์ใน Golgi complex แล้ว sphingolipids จะถูกเคลื่อนย้ายไปยังช่องเซลล์อื่น ๆ โดยใช้กลไกที่เป็นตัวกลางของ vesicle

การสังเคราะห์ทางชีวภาพของ sphingolipids ประกอบด้วยเหตุการณ์พื้นฐานสามประการ: การสังเคราะห์ฐานโซ่ยาวการสังเคราะห์ทางชีวภาพของเซราไมด์โดยการรวมกันของกรดไขมันผ่านพันธะเอไมด์และในที่สุดการก่อตัวของสฟิงโคลิปิดที่ซับซ้อนผ่าน ของการรวมกันของหมู่ขั้วบนคาร์บอน 1 ของฐานสฟิงกอยด์

นอกเหนือจากการสังเคราะห์ de novo แล้ว sphingolipids ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการหมุนเวียนหรือรีไซเคิลของฐานโซ่ยาวและเซราไมด์ซึ่งสามารถป้อนสระว่ายน้ำของ sphingolipids

การสังเคราะห์โครงกระดูกเซราไมด์

การสังเคราะห์ทางชีวภาพของเซราไมด์ซึ่งเป็นกระดูกสันหลังของ sphingolipids เริ่มต้นด้วยการควบแน่นของ decarboxylative ของโมเลกุล palmitoyl-CoA และ L-serine ปฏิกิริยาจะถูกเร่งโดย heterodimeric serine palmitoyl transferase (SPT) ขึ้นอยู่กับ pyridoxal phosphate และผลิตภัณฑ์คือ 3-keto dihydrosphingosine

เอนไซม์นี้ถูกยับยั้งโดยβ-halo-L-alanines และ L-cycloserines ในยีสต์มีการเข้ารหัสโดยยีนสองยีนในขณะที่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมียีนสามยีนสำหรับเอนไซม์นี้ ไซต์ที่ใช้งานอยู่ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

บทบาทของเอนไซม์ตัวแรกนี้ได้รับการอนุรักษ์ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ศึกษา อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างบางประการระหว่างแทกซาที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งย่อยของเอนไซม์: แบคทีเรียเป็นไซโทพลาสซึมยีสต์พืชและสัตว์อยู่ในเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

3-ketosphinganine ลดลงในเวลาต่อมาโดย 3-ketosphinganine reductase ที่ขึ้นอยู่กับ NADPH เพื่อผลิต sphinganine Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) จากนั้น acetylates sphinganine เพื่อผลิต dihydroceramide จากนั้นเซราไมด์จะถูกสร้างขึ้นโดย dihydroceramide desaturase / reductase ซึ่งแทรกพันธะคู่ทรานส์ที่ตำแหน่ง 4-5

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีไอโซฟอร์มของเซราไมด์ซินเทสจำนวนมากซึ่งแต่ละสายพันธุ์จะจับสายโซ่ของกรดไขมันที่เฉพาะเจาะจงกับฐานโซ่ยาว ดังนั้นเซราไมด์ซินเทสและเอนไซม์อื่น ๆ ที่ยืดออกจึงเป็นแหล่งที่มาหลักของความหลากหลายสำหรับกรดไขมันในสฟิงโกลิปิด

การสร้าง sphingolipid เฉพาะ

Sphingomyelin ถูกสังเคราะห์โดยการถ่ายโอนฟอสโฟโคลีนจากฟอสฟาติดิลโคลีนไปยังเซราไมด์โดยปล่อยไดอะซิลกลีเซอรอล ปฏิกิริยาเชื่อมโยงเส้นทางการส่งสัญญาณ sphingolipid และ glycerophospholipid

Phosphoethanolamine ceramide ถูกสังเคราะห์จาก phosphatidylethanolamine และ ceramide ในปฏิกิริยาที่คล้ายคลึงกับการสังเคราะห์ sphingomyelin และเมื่อเกิดขึ้นแล้วจะสามารถ methylated เป็น sphingomyelin อิโนซิทอลฟอสเฟตเซราไมด์เกิดจากการทรานเอสเตอริฟิเคชันจากฟอสฟาติดิลโนซิทอล

Glycosphingolipids ส่วนใหญ่ได้รับการปรับเปลี่ยนใน Golgi complex โดยที่เอนไซม์ไกลโคซิลทรานสเฟอเรสเฉพาะมีส่วนร่วมในการเพิ่มโซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์ในบริเวณที่ชอบน้ำของโครงกระดูกเซราไมด์

การเผาผลาญอาหาร

การย่อยสลายของ sphingolipids นั้นดำเนินการโดยเอนไซม์ glucohydrolases และ sphingomyelinases ซึ่งมีหน้าที่ในการกำจัดการปรับเปลี่ยนของกลุ่มขั้ว ในทางกลับกันเซราไมด์จะสร้างฐานโซ่ยาวจากเซราไมด์

Gangliosides ถูกย่อยสลายโดยชุดของเอนไซม์ไลโซโซมที่กระตุ้นการกำจัดหน่วยน้ำตาลทีละขั้นตอนในที่สุดก็ผลิตเซราไมด์

เส้นทางการย่อยสลายอีกทางหนึ่งประกอบด้วยการทำให้เกิดภายในของ sphingolipids ในถุงเอนโดไซติกที่ถูกส่งกลับไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ในพลาสมาหรือขนส่งไปยังไลโซโซมซึ่งจะถูกย่อยสลายโดยไฮโดรเลสของกรดเฉพาะ

ฐานโซ่ยาวทั้งหมดไม่ได้รับการรีไซเคิลเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมมีเส้นทางสำหรับการย่อยสลายขั้วของมัน กลไกการย่อยสลายนี้ประกอบด้วย phosphorylation แทน acylation ของ LCB ซึ่งก่อให้เกิดโมเลกุลของสัญญาณที่สามารถเป็นสารตั้งต้นที่ละลายน้ำได้สำหรับเอนไซม์ไลเอสที่แยก LCBs-phosphate เพื่อสร้างอะไซโคลดีไฮด์และฟอสโฟเอธาโนลามีน

ระเบียบข้อบังคับ

การเผาผลาญของไขมันเหล่านี้ถูกควบคุมในหลายระดับหนึ่งในนั้นคือเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์การปรับเปลี่ยนหลังการแปลและกลไกลอสเตอริก

กลไกการกำกับดูแลบางอย่างมีความจำเพาะต่อเซลล์เพื่อควบคุมช่วงเวลาของการพัฒนาเซลล์ที่ผลิตขึ้นหรือตอบสนองต่อสัญญาณเฉพาะ

อ้างอิง

1. Bartke, N. , & Hannun, Y. (2009). Sphingolipids ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ: การเผาผลาญและการทำงาน. Journal of Lipid Research, 50, 19.
2. เบรสโลว์, DK (2013). Sphingolipid Homeostasis ใน Endoplasmic Reticulum และอื่น ๆ มุมมองของ Cold Spring Harbor ทางชีววิทยา, 5 (4), a013326
3. Futerman, AH, & Hannun, YA (2004). ชีวิตที่ซับซ้อนของ sphingolipids ธรรมดา รายงาน EMBO, 5 (8), 777-782
4. Harrison, PJ, Dunn, T. , & Campopiano, DJ (2018). การสังเคราะห์ทางชีวภาพของ Sphingolipid ในมนุษย์และจุลินทรีย์ รายงานผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ, 35 (9), 921–954
5. Lahiri, S. , & Futerman, AH (2007). การเผาผลาญและการทำงานของ sphingolipids และ glycosphingolipids วิทยาศาสตร์การดำรงชีวิตของเซลล์และโมเลกุล, 64 (17), 2270–2284
6. Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, CA, Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , Martin, K. (2003) ชีววิทยาระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 5). ฟรีแมน WH & Company
7. Luckey, M. (2008). ชีววิทยาโครงสร้างเมมเบรน: ด้วยพื้นฐานทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สืบค้นจาก www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Sphingolipid และ glycosphingolipid metabolic pathways ในยุคของ sphingolipidomics บทวิจารณ์ทางเคมี, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
10. Vance, JE, & Vance, DE (2008). ชีวเคมีของไขมันไลโปโปรตีนและเมมเบรน In New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4th ed.). เอลส์