stringtranslate.com

Фосфатидилинозитол

Фосфатидилинозитол или инозитолфосфолипид — это биомолекула . ​​Первоначально он был назван «инозитом», когда был открыт Леоном Макеном и Иоганном Йозефом фон Шерером в конце 19 века. Он был обнаружен в бактериях , но позже также обнаружен в эукариотах и ​​был признан сигнальной молекулой .

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

Производство молекулы ограничено эндоплазматическим ретикулумом .

История фосфатидилинозитола

Фосфатидилинозитол (ФИ) и его производные имеют богатую историю, восходящую к их открытию Иоганном Йозефом фон Шерером [2] и Леоном Макенном [3] [4] [5] в конце 19 века. Первоначально известный как « инозит » из-за своего сладкого вкуса, выделение и характеристика инозитола заложили основу для понимания его циклогексанольной структуры. Работа Теодора Постернака дополнительно прояснила конфигурацию мио-инозита, [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 , в частности PI, впервые было обнаружено в бактериях , а затем подтверждено в эукариотических организмах такими исследователями, как Клинтон Баллоу [9] [10] и Дэн Браун. [11] Их новаторская работа установила структуру PI и его фосфорилированных форм, проливая свет на их роль в качестве сигнальных молекул . Несмотря на сложность номенклатуры и изомерии инозитола, современные исследования значительно продвинули понимание их разнообразных функций в клеточной физиологии и сигнальных путях .

Открытие PI и его производных, а также их сложных ролей в клеточной сигнализации, 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

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

PI может существовать в девяти различных формах: мио-, сцилло-, муко-, эпи-, нео-, алло-, D-хиро-, L-хиро- и цис-инозитол. Эти изомеры распространены в биологии и имеют много функций, например, вкусовую сенсорику, регулирование уровня фосфата, метаболический поток , транскрипцию, экспорт и трансляцию мРНК, сигнализацию инсулина, эмбриональное развитие и реакцию на стресс. Цис-инозитол — единственный изомер, который не встречается в природе. [14]

PI проявляет амфифильную природу, с полярными и неполярными областями, благодаря своей глицерофосфолипидной структуре, содержащей глицериновый остов, два неполярных жирнокислотных хвоста и фосфатную группу, замещенную полярной головной группой инозитола. [15]

Фосфоинозитиды

Фосфорилированные формы фосфатидилинозитола (ФИ) называются фосфоинозитидами и играют важную роль в липидной сигнализации , клеточной сигнализации и мембранном транспорте . Кольцо инозитола 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 препятствий . [16]

У животных обнаружены все семь вариаций следующих фосфоинозитидов:

Монофосфаты фосфатидилинозитола:

Фосфатидилинозитолбисфосфаты:

Фосфатидилинозитолтрифосфат:

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

Гидролиз

Значимость метаболизма фосфатидилинозитола (PI) заключается в его роли как потенциального трансдуцирующего механизма, что очевидно из исследований, показывающих гормонально- и нейротрансмиттерно-индуцированный гидролиз PI. Гидролиз начинается с фермента PI 4-киназы альфа ( PI4Kα ), превращающего PI в PI 4-фосфат ( PI4P ), который затем преобразуется в PI (4,5) бифосфат ( PI(4,5)P 2 ) ферментом PI 4-фосфат-5-киназой ( PI4P5K ). Затем PI(4,5)P 2 гидролизуется фосфолипазой C ( PLC ) и образует вторичные мессенджеры, инозитол (1,4,5) трифосфат ( IP 3 ) и диацилглицерол ( DG ). Затем DG фосфорилируется в фосфатидную кислоту ( PA ) киназой DG ( DGK ). PA также напрямую производится из фосфатидилхолина ( PC ) фосфолипазой D ( PLD ). Белки переноса липидов облегчают обмен PI и PA между мембранами, обеспечивая его 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 в плазматической мембране и эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Описание цикла ПИ с соответствующими ферментативными процессами и реакциями. Сделано Матиасом Солли Сэндсдаленом в BioRender.com, изменено из NJ Blunsom и S. Cockcroft. [20]

Биосинтез

Синтез фосфатидилинозитола (ФИ) ограничен эндоплазматическим ретикулумом (ЭР), который является крупнейшим мембранным компонентом клетки. [23] Этот участок также участвует в синтезе большинства фосфолипидов, а именно фосфатидилхолина (ФХ), фосфатидилэтаноламина (ФЭ ) , фосфатидилсерина (ФС) и триацилглицеридов (ТГ). [24] Синтез включает ряд ферментативных реакций.

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

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

Ссылки

  1. ^ Blunsom, Nicholas J.; Cockcroft, Shamshad (2020). «Синтез фосфатидилинозитола в эндоплазматическом ретикулуме». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1865 (1). doi : 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». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 225–227.
  4. ^ Макенн, Леон (1887). «Sur les proprietés de l'inosite». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 297-299.
  5. ^ Макенн, Леон (1887). «Sur quelques dérivés de l'inosite». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 1719-1722.
  6. ^ Постернак, Теодор (1942). «Recherches dans la série des cyclites 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. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (2010). "ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: Фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки". Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  9. ^ Пайзер, Фрэнсис Лейн; Баллу, Клинтон Э. (1959). «Исследования мио-инозитолфосфатов природного происхождения». Журнал Американского химического общества . 81 (4): 915–921. doi :10.1021/ja01513a040. ISSN  0002-7863.
  10. ^ Ballou, Clinton E.; Pizer, Lewis I. (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, R. (1961). "732. Фосфолипиды. Часть VII. Структура монофосфоинозитида". Журнал химического общества (резюме) : 3774–3779. doi :10.1039/jr9610003774. ISSN  0368-1769.
  12. ^ Ирвин, Робин Ф. (2016). «Краткая история липидов инозитола». Журнал исследований липидов . 57 (11): 1987–1994. doi : 10.1194/jlr.R071712 . PMC 5087877. PMID  27623846 . 
  13. ^ Kooijman, Edgar E.; King, Katrice E.; Gangoda, Mahinda; Gericke, Arne (2009-10-13). "Ионизационные свойства фосфатидилинозитолполифосфатов в смешанных модельных мембранах". Biochemistry . 48 (40): 9360–9371. doi :10.1021/bi9008616. ISSN  0006-2960. PMID  19725516.
  14. ^ Томас, Марк П.; Миллс, Стивен Дж.; Поттер, Барри В.Л. (2016-01-26). «Другие инозитолы и их фосфаты: синтез, биология и медицина (с последними достижениями в химии мио-инозитола)». Angewandte Chemie International Edition . 55 (5): 1614–1650. doi :10.1002/anie.201502227. ISSN  1433-7851. PMC 5156312. PMID 26694856  . 
  15. ^ Hoener, Marius C.; Brodbeck, Urs (1992). «Фосфолипаза D, специфичная к фосфатидилинозитолгликану, является амфифильным гликопротеином, который в сыворотке связан с липопротеинами высокой плотности». European Journal of Biochemistry . 206 (3): 747–757. doi :10.1111/j.1432-1033.1992.tb16981.x. ISSN  0014-2956. PMID  1606959.
  16. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (2010-09-01). "ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: Фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки". Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  17. ^ Muller-Roeber B, Pical C (2002). Метаболизм инозитолфосфолипидов в Arabidopsis. Охарактеризованные и предполагаемые изоформы инозитолфосфолипидкиназы и фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C.
  18. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (2010-09-01). "ОБЗОР СИМПОЗИУМА: Фосфоинозитиды: липидные регуляторы мембранных белков: Фосфоинозитиды инструктируют мембранные белки". Журнал физиологии . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  19. ^ Tabaei, Seyed R.; Guo, Feng; Rutaganira, Florentine U.; Vafaei, Setareh; Choong, Ingrid; Shokat, Kevan M.; Glenn, Jeffrey S.; Cho, Nam-Joon (2016-05-17). "Многоэтапное композиционное ремоделирование поддерживаемых липидных мембран с помощью интерфейсно-активных фосфатидилинозитолкиназ". Analytical Chemistry . 88 (10): 5042–5045. doi :10.1021/acs.analchem.6b01293. ISSN  0003-2700. PMC 5291064 . PMID  27118725. 
  20. ^ ab Blunsom, Nicholas J.; Cockcroft, Shamshad (2020). «Синтез фосфатидилинозитола в эндоплазматическом ретикулуме». Biochimica et Biophysica 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 фосфатидилмозитола: многофункциональный механизм преобразования». Молекулярная и клеточная эндокринология . 24 (2): 115–140. doi :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». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 32 (1): 143–171. doi :10.1146/annurev-cellbio-111315-125349. ISSN  1081-0706. PMID  27576122.
  24. ^ Чой, Кристофер Х.; Хан, Бонг-Кван; Ботельо, Роберто Дж. (2017). «Разнообразие, распределение и эффекторная функция фосфоинозитидов: выход за рамки». BioEssays . 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 2024-02-15
  26. ^ Чаттерджи, Соумья Дип; Чжоу, Хуан; Дасгупта, Рубин; Крамер-Блок, Аннелоес; Тиммер, Моника; ван дер Стельт, Марио; Уббинк, Марцеллус (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. PMC 8154263 . PMID  33749246. 
  27. ^ Банни, Том Д.; Катан, Матильда (2011). «Регулирование PLC: новые картины молекулярных механизмов». Тенденции в биохимических науках . 36 (2): 88–96. doi :10.1016/j.tibs.2010.08.003. PMID  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