Фосфатидилинозит
Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( февраль 2024 г. ) |
Изображение молекулы фосфатидилинизита с обзором различных отдельных компонентов; Инозитол, фосфат, глицериновая основная цепь, ацильная цепь sn-1, ацильная цепь sn-2.
Сделано Матиасом Солли Сандсдаленом на BioRender.com, модифицировано на основе Нью-Джерси Блансома и С. Кокрофта. [ 1 ]
| |
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК
[(2R)-3-[гидрокси-[(5R)-2,3,4,5,6-пентагидроксициклогексил]оксифосфорил]окси-2-октадеканоилоксипропил] (8Z,11Z,14Z,17Z)-икоза-8,11 ,14,17-тетраеноат
| |
Другие имена
| |
Идентификаторы | |
КЭБ | |
Лекарственный Банк | |
Характеристики | |
С 47 Ч 83 О 13 П | |
Молярная масса | 887,104 г/моль, нейтральные по жирнокислотному составу - 18:0, 20:4 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
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 инозитолового молекулу сахара. Обычно фосфатная группа имеет отрицательный заряд (при физиологических значениях pH ). В результате молекула является амфифильной .
Производство молекулы ограничено эндоплазматической сетью .
История фосфатидилинозитола
[ редактировать ]Фосфатидилинозит (ФИ) и его производные имеют богатую историю, восходящую к их открытию Иоганном Йозефом фон Шерером. [ 2 ] и Леон Макенн [ 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 ] основная форма, обнаруженная в тканях эукариот. 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 у эукариотических организмов 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
[ редактировать ]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 широко 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
[ редактировать ]Фосфорилированные формы фосфатидилинозитола (ФИ) называются фосфоинозитидами и играют важную роль в передаче сигналов липидов , передаче сигналов в клетках и транспортировке через мембраны . 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:
- Фосфатидилинозит-3-фосфат , также известный как PtdIns3 P или PI(3)P.
- Фосфатидилинозит-4-фосфат , также известный как PtdIns4 P или PI(4)P.
- Фосфатидилинозитол-5-фосфат , также известный как PtdIns5 P или PI(5)P.
Фосфатидилинозитолбисфосфаты:
- Фосфатидилинозит-3,4-бисфосфат , также известный как PtdIns(3,4) P 2 или PI(3,4) P 2
- Фосфатидилинозит-3,5-бисфосфат , также известный как PtdIns(3,5) P 2 или PI(3,5) P 2
- Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат , также известный как PtdIns(4,5) P2 . , PI(4,5)P2 или часто называемый просто PIP2
Фосфатидилинозиттрифосфат:
- Фосфатидилинозит-3,4,5-трифосфат , также известный как PtdIns(3,4,5) P 3 или PI(3,4,5) P 3
Эти фосфоинозитиды также обнаружены в растительных клетках, за исключением PIP 3 . [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
Гидролиз
[ редактировать ]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 второстепенные 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 ]
Биосинтез
[ редактировать ]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. de novo Синтез ПИ ацилирования начинается с процесса 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 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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 . ПМИД 31173893 . S2CID 182948709 .
- ^ Шерер, Иоганн Дж. (1850). «О новом виде сахара, добываемом из мышечного мяса». Анна Либиха. Хим . 73 (3): 322. doi : 10.1002/jlac.18500730303 .
- ^ Макенн, Леон (1887). «Получение, свойства и состав инозита». Еженедельные отчеты сессий Академии наук . 104 :225-227.
- ^ Макенн, Леон (1887). «О свойствах инозита». Еженедельные отчеты сессий Академии наук . 104 :297-299.
- ^ Макенн, Леон (1887). «О некоторых производных инозита». Еженедельные отчеты сессий Академии наук . 104 : 1719-1722.
- ^ Постернак, Теодор (1942). «Исследование циклита VI серии. Знает конфигурацию мезоинозита, сциллита и инозы, полученной биохимическим путем (сцилло-мс-инозоза)». Хелв. хим. Акта . 25 (4): 746–752. дои : 10.1002/hlca.19420250410 .
- ^ Дангшат, Герда (1942). «Ацетонирование и конфигурация мезо-инозитола» . Естественные науки (на немецком языке). 30 (9–10): 146–147. Бибкод : 1942NW.....30..146D . дои : 10.1007/BF01475387 . ISSN 0028-1042 . S2CID 38695213 .
- ^ Фалькенбургер, Бьорн 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/jphysicalol.2010.192153 . ПМК 2976013 . ПМИД 20519312 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Ирвин, Робин Ф. (2016). «Краткая история инозитоловых липидов» . Журнал исследований липидов . 57 (11): 1987–1994. дои : 10.1194/jlr.R071712 . ПМК 5087877 . ПМИД 27623846 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Хенер, 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. дои : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb16981.x . ISSN 0014-2956 . ПМИД 1606959 .
- ^ Фалькенбургер, Бьёрн Х.; Дженсен, Джилл Б.; Диксон, Имонн Дж.; Су, Бён 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/jphysicalol.2010.192153 . ПМК 2976013 . ПМИД 20519312 .
- ^ Мюллер-Робер Б., Пикаль С. (2002). Метаболизм инозитол-фосфолипидов у арабидопсиса. Охарактеризованные и предполагаемые изоформы инозитолфосфолипидкиназы и фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C.
- ^ Фалькенбургер, Бьёрн Х.; Дженсен, Джилл Б.; Диксон, Имонн Дж.; Су, Бён 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/jphysicalol.2010.192153 . ПМК 2976013 . ПМИД 20519312 .
- ^ 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 композиционное ремоделирование поддерживаемых липидных мембран с помощью межфазно-активных фосфатидилинозитолкиназ» . Аналитическая химия . 88 (10): 5042–5045. дои : 10.1021/acs.analchem.6b01293 . ISSN 0003-2700 . ПМК 5291064 . ПМИД 27118725 .
- ^ Jump up to: а б 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 . ПМИД 31173893 . S2CID 182948709 .
- ^ 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 . ПМИД 6117490 . S2CID 27566538 .
- ^ Иванова, Аделина; Атака-Ададжи, Мир (2023). «Фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат и кальций в соединениях ER-PM — сложное взаимодействие простых мессенджеров» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1870 (6):119475 doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . ПМИД 37098393 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 28977683 . S2CID 22778474 .
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ Банни, Том Д.; Катан, Матильда (2011). «Регуляция PLC: новые картины молекулярных механизмов» . Тенденции биохимических наук . 36 (2): 88–96. дои : 10.1016/j.tibs.2010.08.003 . ПМИД 20870410 .
- ^ Иванова, Аделина; Атака-Ададжи, Мир (2023). «Фосфатидилинозит-4,5-бисфосфат и кальций в соединениях ER-PM — сложное взаимодействие простых мессенджеров» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1870 (6):119475 doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . ПМИД 37098393 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Фосфатидилинозитолы Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Фосфатидилинозитол в Липидной библиотеке