stringtranslate.com

Фосфатидилинозит

Фосфатидилинозит или инозитолфосфолипид представляет собой биомолекулу . Первоначально его называли «инозитом», когда его обнаружили Леон Макенн и Иоганн Йозеф фон Шерер в конце 19 века. Он был обнаружен у бактерий , но позже также обнаружен у эукариот и оказался сигнальной молекулой .

Биомолекула может существовать в 9 различных изомерах. Это липид , который содержит фосфатную группу , две цепи жирных кислот и одну молекулу инозитолового сахара. Обычно фосфатная группа имеет отрицательный заряд (при физиологических значениях pH ). В результате молекула является амфифильной .

Производство молекулы ограничено эндоплазматической сетью .

История фосфатидилинозитола

Фосфатидилинозит (ФИ) и его производные имеют богатую историю, начиная с их открытия Иоганном Йозефом фон Шерером [2] и Леоном Макенном [3] [4] [5] в конце 19 века. Первоначально известный как « инозит » из-за его сладкого вкуса, выделение и характеристика инозитола заложили основу для понимания его циклогексанольной структуры. Работа Теодора Постернака дополнительно прояснила конфигурацию мио-инозитола, [6] [7] [8] основной формы, обнаруженной в эукариотических тканях. Изучение изомеров инозитола и их физиологических функций выявило сложное взаимодействие в различных организмах.

Этерифицированное присутствие инозитола в липидах , особенно PI, было впервые обнаружено у бактерий , а затем подтверждено в эукариотических организмах такими исследователями, как Клинтон Баллоу [9] [10] и Дэн Браун. [11] Их новаторская работа установила структуру ФИ и его фосфорилированных форм, проливая свет на их роль в качестве сигнальных молекул . Несмотря на сложность номенклатуры и изомерии инозитолов, современные исследования значительно продвинули понимание их разнообразных функций в клеточной физиологии и сигнальных путях .

Открытие ФИ и его производных, а также их сложной роли в клеточной передаче сигналов 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 возможности для понимания клеточных процессов . [12]

Структура и химия

Фосфатидилинозит (ФИ), также известный как инозитолфосфолипид, представляет собой липид, состоящий из фосфатной группы, двух цепей жирных кислот и одной молекулы инозитола. Он принадлежит к классу фосфатидилглицеридов и обычно встречается в качестве второстепенного компонента на цитозольной стороне мембран эукариотических клеток. Фосфатная группа придает отрицательный заряд молекулам при физиологическом pH. [13]

ПИ может существовать в девяти различных формах: мио-, цилло-, муко-, эпи-, нео-, алло-, D-хиро-, L-хиро- и цис-инозитол. Эти изомеры распространены в биологии и выполняют множество функций, например, вкусовую чувствительность, регулирование 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. [14]

PI демонстрирует амфифильную природу, как с полярными, так и с неполярными областями, благодаря своей глицерофосфолипидной структуре, содержащей глицериновую основную цепь, два неполярных хвоста жирных кислот и фосфатную группу, замещенную полярной головной группой инозитола. [15]

Фосфоинозитиды

Фосфорилированные формы фосфатидилинозитола (ФИ) называются фосфоинозитидами и играют важную роль в передаче сигналов липидов , передаче сигналов в клетках и мембранном транспорте . Инозитоловое кольцо может фосфорилироваться различными киназами по трем, четырем и пяти гидроксильным группам в семи различных комбинациях. Однако две и шесть гидроксильных групп обычно не фосфорилируются из-за стерических затруднений . [16]

У животных обнаружены все семь вариаций следующих фосфоинозитидов:

Фосфатидилинозитолмонофосфаты:

Фосфатидилинозитолбисфосфаты:

Фосфатидилинозиттрифосфат:

Эти фосфоинозитиды также обнаружены в растительных клетках, за исключением PIP 3 . [17] [18] [19]

Гидролиз

Значение метаболизма фосфатидилинозитола (ФИ) заключается в его роли как потенциального преобразующего механизма, что очевидно из исследований, показывающих гидролиз ФИ, индуцированный гормонами и нейротрансмиттерами. Гидролиз начинается с того, что фермент PI 4-киназа альфа ( PI4Kα ) превращает PI в PI 4-фосфат ( PI4P ), который затем преобразуется в бифосфат PI (4,5) ( PI(4,5)P 2 ) под действием фермента. PI 4-фосфат-5-киназа ( PI4P5K ). PI(4,5)P 2 затем гидролизуется фосфолипазой C ( PLC ) и образует вторые мессенджеры, инозитол (1,4,5) трифосфат ( IP 3 ) и диацилглицерин ( DG ). Затем DG фосфорилируется до фосфатидной кислоты ( PA ) с помощью DG-киназы ( DGK ). PA также напрямую производится из фосфатидилхолина ( PC ) с помощью фосфолипазы D ( PLD ). Белки-переносчики липидов облегчают обмен PI и PA между мембранами, обеспечивая их доступность для рецепторных механизмов на плазматической мембране, даже в таких органеллах, как митохондрии , неспособных к синтезу PI. [20] [21] [22]

Изображение процесса гидролиза и биосинтеза на плазматической мембране и эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Описание цикла ПИ с соответствующими ферментативными процессами и реакциями. Сделано Матиасом Солли Сандсдаленом на BioRender.com, модифицировано на основе Нью-Джерси Блансома и С. Кокрофта. [20]

Биосинтез

Синтез фосфатидилинозитола (ФИ) ограничен эндоплазматической сетью (ЭР), которая является крупнейшим мембранным компонентом клетки. [23] Этот сайт также способствует синтезу большинства фосфолипидов, а именно фосфатидилхолина (PC), фосфатидилэтаноламина (PE), фосфатидилсерина (PS) и триацилглицерина (TG). [24] Синтез включает серию ферментативных реакций.

Биосинтез и фосфорилирование PI в основном ограничиваются обращенной к цитозолю поверхностью органелл уже резидентными киназами , но не конкретно в ER. Синтез ПИ de novo начинается с процесса ацилирования глицеральдегид-3-фосфата (G-3-P) ферментами GPAT в положении ацильной цепи sn-1 . [25] Затем за процессом следует второе ацилирование с помощью ферментов LPAAT1, LPAAT2 и LPAAT3, LPAAT, в положении ацильной цепи sn-2 . [26] Этот двухстадийный процесс ацилирует G-3-P до фосфатидной кислоты (PA).

PA преобразуется в промежуточный CDP-диацилглицерин (CDP-DG) с помощью процесса, называемого CDP-диаглицеринсинтазой. Этот синтез катализируется использованием CDS1 и CDS2 , CDS-ферментов. В конечном ферментативном процессе CDP-DG и инозитол катализируются ферментом PI-синтазой (PIS) и синтезируются в PI. [27] [28]

Рекомендации

  1. ^ Блансом, Николас Дж.; Кокрофт, Шамшад (2020). «Синтез фосфатидилинозитола в эндоплазматическом ретикулуме». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1865 (1). дои : 10.1016/j.bbalip.2019.05.015. PMID  31173893. S2CID  182948709.
  2. ^ Шерер, Иоганн Дж. (1850). «Uber eine neue aus dem Muskelfleisch gewonnene Zuckerart». Либигс Анн. Хим . 73 (3): 322. doi :10.1002/jlac.18500730303.
  3. ^ Макенн, Леон (1887). «Подготовка, собственность и конституция se l'inosite». CR Hebd. Сеанс, акад. наук. Париж . 104 : 225–227.
  4. ^ Макенн, Леон (1887). «Sur les proprietés de l'inosite». CR Hebd. Сеанс, акад. наук. Париж . 104 : 297-299.
  5. ^ Макенн, Леон (1887). «Sur quelques dérivés de l'inosite». CR Hebd. Сеанс, акад. наук. Париж . 104 : 1719-1722.
  6. ^ Постернак, Теодор (1942). «Исследования в серии циклитов VI. Sut la Configuration de la meso-inosite, de la scyllite et d'un inosose obtenu par voie biochimique (scyllo-ms-inosose)». Хелв. Хим. Акта . 25 (4): 746–752. дои : 10.1002/hlca.19420250410.
  7. ^ Дангшат, Герда (1942). «Acetonierung und Konfiguration des Meso-inosits». Die Naturwissenschaften (на немецком языке). 30 (9–10): 146–147. Бибкод : 1942NW.....30..146D. дои : 10.1007/BF01475387. ISSN  0028-1042. S2CID  38695213.
  8. ^ Фалькенбургер, Бьёрн Х.; Дженсен, Джилл Б.; Диксон, Имонн Дж.; Су, Бюнг-Чанг; Хилле, Бертиль (2010). «ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки». Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. дои : 10.1113/jphysical.2010.192153. ПМК 2976013 . ПМИД  20519312. 
  9. ^ Пайзер, Фрэнсис Лейн; Баллоу, Клинтон Э. (1959). «Исследования мио-инозитолфосфатов природного происхождения». Журнал Американского химического общества . 81 (4): 915–921. дои : 10.1021/ja01513a040. ISSN  0002-7863.
  10. ^ Баллоу, Клинтон Э.; Пайзер, Льюис И. (1959). «СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИ АКТИВНОГО МИО-ИНОЗИТОЛ-1-ФОСФАТА». Журнал Американского химического общества . 81 (17): 4745. doi :10.1021/ja01526a074. ISSN  0002-7863.
  11. ^ Браун, DM; Кларк, BFC; Письма, Р. (1961). «732. Фосфолипиды. Часть VII. Строение монофосфоинозитида». Журнал Химического общества (обновленный) : 3774–3779. дои : 10.1039/jr9610003774. ISSN  0368-1769.
  12. ^ Ирвин, Робин Ф. (2016). «Краткая история инозитоловых липидов». Журнал исследований липидов . 57 (11): 1987–1994. дои : 10.1194/jlr.R071712 . ПМК 5087877 . ПМИД  27623846. 
  13. ^ Койман, Эдгар Э.; Кинг, Катрис Э.; Гангода, Махинда; Герике, Арне (13 октября 2009 г.). «Ионизационные свойства фосфатидилинозитолполифосфатов в смешанных модельных мембранах». Биохимия . 48 (40): 9360–9371. дои : 10.1021/bi9008616. ISSN  0006-2960. ПМИД  19725516.
  14. ^ Томас, Марк П.; Миллс, Стивен Дж.; Поттер, Барри В.Л. (26 января 2016 г.). «Другие» инозитолы и их фосфаты: синтез, биология и медицина (с последними достижениями в химии мио-инозитолов)». Angewandte Chemie, международное издание . 55 (5): 1614–1650. дои : 10.1002/anie.201502227. ISSN  1433-7851. ПМК 5156312 . ПМИД  26694856. 
  15. ^ Хонер, Мариус К.; Бродбек, Урс (1992). «Фосфатидилинозит-гликан-специфическая фосфолипаза D представляет собой амфифильный гликопротеин, который в сыворотке связан с липопротеинами высокой плотности». Европейский журнал биохимии . 206 (3): 747–757. doi :10.1111/j.1432-1033.1992.tb16981.x. ISSN  0014-2956. ПМИД  1606959.
  16. ^ Фалькенбургер, Бьёрн Х.; Дженсен, Джилл Б.; Диксон, Имонн Дж.; Су, Бюнг-Чанг; Хилле, Бертиль (01 сентября 2010 г.). «ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки». Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. дои : 10.1113/jphysical.2010.192153. ПМК 2976013 . ПМИД  20519312. 
  17. ^ Мюллер-Робер Б., Пикал С. (2002). Метаболизм инозитол-фосфолипидов у арабидопсиса. Охарактеризованные и предполагаемые изоформы инозитолфосфолипидкиназы и фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C.
  18. ^ Фалькенбургер, Бьёрн Х.; Дженсен, Джилл Б.; Диксон, Имонн Дж.; Су, Бюнг-Чанг; Хилле, Бертиль (01 сентября 2010 г.). «ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки». Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. дои : 10.1113/jphysical.2010.192153. ПМК 2976013 . ПМИД  20519312. 
  19. ^ Табаи, Сейед Р.; Го, Фэн; Рутаганира, Флорентийский университет; Вафаи, Сетаре; Чунг, Ингрид; Шокат, Кеван М.; Гленн, Джеффри С.; Чо, Нам Джун (17 мая 2016 г.). «Многоэтапное ремоделирование состава поддерживаемых липидных мембран с помощью межфазно-активных фосфатидилинозитолкиназ». Аналитическая химия . 88 (10): 5042–5045. doi : 10.1021/acs.analchem.6b01293. ISSN  0003-2700. ПМК 5291064 . ПМИД  27118725. 
  20. ^ аб Блансом, Николас Дж.; Кокрофт, Шамшад (2020). «Синтез фосфатидилинозитола в эндоплазматическом ретикулуме». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1865 (1): 158471. doi :10.1016/j.bbalip.2019.05.015. PMID  31173893. S2CID  182948709.
  21. ^ Берридж, Майкл Дж. (1981). «Гидролиз фосфатидилмозита: многофункциональный механизм преобразования». Молекулярная и клеточная эндокринология . 24 (2): 115–140. дои : 10.1016/0303-7207(81)90055-1. PMID  6117490. S2CID  27566538.
  22. ^ Иванова, Аделина; Атакпа-Ададжи, Мир (2023). «Фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат и кальций на соединениях ER-PM — сложное взаимодействие простых мессенджеров». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1870 (6): 119475. doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . ПМИД  37098393.
  23. ^ Шинк, Кей О.; Тан, Киа-Ви; Стенмарк, Харальд (2016). «Фосфоинозитиды в контроле динамики мембран». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 32 (1): 143–171. doi : 10.1146/annurev-cellbio-111315-125349. ISSN  1081-0706. ПМИД  27576122.
  24. ^ Чой, Кристофер Х.; Хан, Бонг-Кван; Ботельо, Роберто Дж. (2017). «Разнообразие, распределение и эффекторная функция фосфоинозитидов: выход за рамки». Биоэссе . 39 (12). doi :10.1002/bies.201700121. ISSN  0265-9247. PMID  28977683. S2CID  22778474.
  25. ^ Риджуэй, Нил Д. (2016), «Синтез фосфолипидов в клетках млекопитающих», Биохимия липидов, липопротеинов и мембран , Elsevier, стр. 209–236, doi : 10.1016/b978-0-444-63438-2.00007-9, ISBN 978-0-444-63438-2, S2CID  89265741 , получено 15 февраля 2024 г.
  26. ^ Чаттерджи, Сумья Дип; Чжоу, Хуан; Дасгупта, Рубин; Крамер-Блок, Аннелоэс; Тиммер, Моника; ван дер Стелт, Марио; Уббинк, Марцелл (2021). «Динамика белков влияет на ферментативную активность фосфолипазы А/ацилтрансфераз 3 и 4». Биохимия . 60 (15): 1178–1190. doi : 10.1021/acs.biochem.0c00974. ISSN  0006-2960. ПМЦ 8154263 . ПМИД  33749246. 
  27. ^ Банни, Том Д.; Катан, Матильда (2011). «Регуляция PLC: новые картины молекулярных механизмов». Тенденции биохимических наук . 36 (2): 88–96. doi :10.1016/j.tibs.2010.08.003. ПМИД  20870410.
  28. ^ Иванова, Аделина; Атакпа-Ададжи, Мир (2023). «Фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат и кальций на соединениях ER-PM — сложное взаимодействие простых мессенджеров». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1870 (6): 119475. doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . ПМИД  37098393.

Внешние ссылки