Дипальмитоилфосфатидилхолин
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК 1,2-дипальмитоилфосфатидилхолин | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.018.322 |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| С 40 Н 80 Н О 8 П | |
| Молярная масса | 734.053 g·mol −1 |
| Поверхностное натяжение: | |
| 4,6 ± 0,5 х 10 −10 М [1] | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Дипальмитоилфосфатидилхолин ( DPPC ) представляет собой фосфолипид (и лецитин ), состоящий из двух групп C 16 пальмитиновой кислоты , присоединенных к фосфатидилхолина головной группе .
Это основной компонент легочных сурфактантов, который уменьшает работу дыхания и предотвращает альвеолярный коллапс при дыхании. Он также играет важную роль в изучении липосом и бислоев человека. [2] [3]
Легочный сурфактант
[ редактировать ]Легочное поверхностно-активное вещество (ЛС) — поверхностно-активное вещество, вырабатываемое большинством дышащих воздухом животных с целью снижения поверхностного натяжения слоя воды, где происходит газообмен в легких, поскольку движения при вдохе и выдохе могут вызвать повреждение. если энергии недостаточно для поддержания структурной целостности альвеол.
Монослой, образуемый ЛС на границе раздела, состоит преимущественно из фосфолипидов (80%), а также белков (12%) и нейтральных липидов (8%). Среди фосфолипидов наиболее распространен фосфатидилхолин (ФХ, или лецитин) (70–85%), который, в свою очередь, составляет основу пула аналогичных диацилфосфатидилхолинов, из которых 50% составляет дипальмитоилфосфатидилхолин или ДПФХ. [4]
Хотя сам DPPC уже обладает способностью снижать поверхностное натяжение альвеолярной жидкости, белки и другие липиды в поверхностно-активном веществе еще больше облегчают адсорбцию кислорода на границе раздела воздух-жидкость.
DPPC представляет собой вариант фосфатидилхолина. В его структуру входят как гидрофильная «голова», так и гидрофобные «хвосты», и именно такое расположение позволяет ему снижать поверхностное натяжение слоя воды. Холиновый радикал образует полярную гидрофильную головку; он ориентирован и распространяется в альвеолярную жидкость. Цепи пальмитиновой кислоты (С 16 ) образуют неполярные гидрофобные хвосты; они ориентированы на внешнюю сторону.
Биосинтез
[ редактировать ]Синтез фосфолипидов, содержащихся в легочном сурфактанте, происходит в эндоплазматическом ретикулуме пневмоцитов II типа. Легочный сурфактант содержит как белковые, так и липидные компоненты. Более конкретно, было обнаружено, что фосфатидилхолин (ФХ) является наиболее распространенным фосфолипидом (70–85%) и что ФХ в основном присутствует в виде дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ).
Синтез фосфатидилхолина de novo в легких происходит главным образом из цитидиндифосфатхолина (ЦДФ-холина). Превращение CDP-холина в фосфатидилхолин осуществляется под действием холинфосфатцитидилтрансферазы. В определенных условиях регуляторную роль могут играть ферменты холинкиназа, глицерин-3-фосфатацилтрансфераза и фосфатидатфосфатаза.
Из общего количества DPPC в легочном сурфактанте 45% происходит в результате биосинтеза de novo . Остальное образуется за счет механизмов трансацилирования, при которых пальмитоильные группы заменяются ненасыщенными ацильными цепями других родственных диацилфосфатидилхолинов. [5] Удаление ацильных цепей из этих родственных соединений приводит к образованию лизофосфатидилхолина; Реацилирование пальмитоил-КоА затем облегчается лизофосфатидилхолин-ацилтрансферазой с образованием DPPC.
Характеристики
[ редактировать ]
Температура
[ редактировать ]Этот фосфолипид находится в твердой/гелевой фазе при 37 °C (при эффективной температуре человеческого тела). Его температура плавления составляет около 41,3 °C. Поэтому при температуре выше 41 °С ДПФХ находится уже не в гелевой фазе, а в жидкой. [6]
Было продемонстрировано, что при контакте с поверхностями диоксида кремния бислои ДПФХ имеют различные свойства в зависимости от температуры.
Толщина слоя остается одинаковой при 25°С и при 39°С. Однако при дальнейшем повышении температуры до 55 °С двухслойная структура ДПФХ существенно меняется, что приводит к уменьшению толщины слоя. Причина этой особенности заключается в том, что фактически при 55 °C ДПФХ находится в неупорядоченном жидком состоянии, тогда как при более низкой температуре он находится в более упорядоченном гелеобразном состоянии.
Температура также влияет на шероховатость слоя, которая начинает незначительно меняться при понижении температуры до 25 °C.
Наконец, несущая способность бислоя выше при температуре, превышающей температуру фазового перехода (из-за его повышенной текучести). Когда эта молекула находится в жидком состоянии, где текучесть намного выше, считается, что бислой также развивает способность к самовосстановлению. [7]
Амфипатическое поведение
[ редактировать ]
DPPC представляет собой амфипатический липид. Эта характеристика обусловлена его гидрофильной головкой, состоящей из полярной группы фосфатидилхолина, и гидрофобными хвостами, образованными двумя цепями неполярной пальмитиновой кислоты (C 16 ). Эта особенность позволяет DPPC легко и спонтанно образовывать мицеллы, монослои, бислои и липосомы при контакте с полярным растворителем.
ПАВ
[ редактировать ]DPPC является основным фосфолипидом легочного сурфактанта и поверхностно-активным из-за его амфипатического поведения и адсорбционной способности. [8] Однако адсорбция только ДПФХ не является оптимальной при температуре человеческого тела, поскольку при 37 °C он находится в гелевой фазе. Присутствие некоторых ненасыщенных фосфолипидов (таких как диолеоилфосфатидилхолин [ДОФХ] или фосфатидилглицерин ) и холестерина увеличивает текучесть поверхностно-активного вещества, поэтому оно может более эффективно адсорбировать кислород. [9] Когда эта смесь контактирует, например, с водой, она накапливается на границе раздела вода-воздух и образует тонкую поверхностную пленку поверхностно-активного вещества. Полярные головки молекул, составляющих ПАВ, притягиваются полярными молекулами жидкости (в данном случае молекулами H 2 O), вызывая значительное уменьшение поверхностного натяжения воды.
Текущее использование
[ редактировать ]Исследовательское использование
[ редактировать ]DPPC обычно используется в исследовательских целях, например, для создания липосом и бислоев, которые используются в более масштабных исследованиях. Метод Ленгмюра-Блоджетт позволяет синтезировать липосомальные бислои DPPC. В настоящее время эти липосомы используются при изучении свойств этого фосфатидилхолина и его использования в качестве механизма доставки лекарств в организм человека.
Кроме того, поскольку динамика слияния пузырьков различна для липидов в гелевой фазе и жидкой фазе, это позволяет ученым использовать DPPC вместе с DOPC в атомно-силовой микроскопии и атомно-силовой спектроскопии. [10] [11]
Фармацевтическое использование
[ редактировать ]Дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ) обычно используется в составе некоторых лекарств, используемых для лечения респираторного дистресс-синдрома (РДС) у новорожденных. Современные синтетические поверхностно-активные вещества представляют собой комбинации DPPC вместе с другими фосфолипидами. [12] нейтральные липиды и липопротеины .
Лечение недоношенных детей с РДС с использованием сурфактантов было первоначально разработано в 1960-х годах, и недавние исследования продемонстрировали улучшение клинических результатов. [13] Первым лечением, назначаемым некоторым новорожденным с РДС, были сурфактантные фосфолипиды, в частности ДПФХ, в виде аэрозоля (Робиллард, 1964). [ нужна полная цитата ] Это лечение оказалось неэффективным, поскольку введение только ДПФХ не дало никаких положительных эффектов. В дальнейшем были проведены исследования по поиску более эффективных препаратов для лечения этого заболевания.
Легочные поверхностно-активные вещества можно разделить на три типа: [14]
Первое поколение безбелковых синтетических поверхностно-активных веществ содержало только ДПФХ. Наиболее известен колфосцерил пальмитат . [14]
ПАВ второго поколения имели природное (животное) происхождение и получали из легких крупного рогатого скота или свиней. Поверхностно-активными веществами, экстрагированными из бычьих легких, были Infasurf и Alvofact , экстракты свиных легких включали Curosurf , а вещества, полученные из модифицированных экстрактов бычьих легких, включали Survanta или Beraksurf ( Beractant ). В отличие от новорожденных с РДС, которым вводили препараты первого поколения, тем, кого лечили сурфактантами второго поколения, требовалось меньше кислорода и респираторной поддержки в течение 72 часов после введения препарата.
Третье поколение поверхностно-активных веществ включает в себя синтетические пептиды или рекомбинантные белки. В них используется смесь различных компонентов. DPPC — это агент, используемый для уменьшения поверхностного натяжения, а остальные компоненты помогают увеличить адсорбцию кислорода. Наиболее известны Веникуте и Сурфаксин. [14] Эти препараты все еще находятся в стадии разработки, поэтому пока нет данных о том, обладают ли они преимуществами по сравнению с препаратами второго поколения.
DPPC также используется для формирования липосом , которые используются в качестве компонентов систем доставки лекарств . [15]
Заболевания, связанные с DPPC
[ редактировать ]Дисфункция сурфактанта – это заболевание, поражающее новорожденных детей, у которых легочного сурфактанта недостаточно для адекватного дыхания, что приводит к респираторному дистресс-синдрому (РДС). [16]
Несмотря на то, что DPPC является одним из основных компонентов легочного сурфактанта, большинство генетических ошибок, связанных с нарушением дисфункции сурфактанта, не связаны с DPPC. Скорее, основными причинами этого заболевания являются различия в выработке белков-сурфактантов B и C из-за генетических аномалий.
Однако существует генетическое заболевание, связанное с DPPC, которое вызывает дефицит выработки белка ABCA1 . Этот белок имеет решающее значение в транспортировке фосфолипидов – и, следовательно, DPPC – к пластинчатым телам альвеолярных клеток, где DPPC взаимодействует с белками сурфактанта с образованием легочного сурфактанта. [17]
Текущие исследования не могут обнаружить корреляцию между процентным содержанием DPPC в сурфактанте легких и сроком беременности, хотя доказанная связь была обнаружена между процентным содержанием DPPC и POPC (пальмитоил-олеоилфосфатидилхолином) у детей с респираторным дистресс-синдромом по сравнению с детьми без него. это условие. Эти связи позволяют предположить, что конкретная композиция сурфактанта будет приводить к респираторному дистресс-синдрому независимо от срока беременности.
Корреляция между процентом DPPC и респираторным дистресс-синдромом является причиной того, что DPPC используется для изготовления лекарств для лечения новорожденных с этим заболеванием. [18]
Кроме того, было показано, что DPPC связан с инфицированием поляризованных клеток особым видом аденовируса человека (HAdV-C2). Некоторые исследования показали, что динасыщенный DPPC усиливает инфицирование клеток A59 HAdV-C2 (возможно, позволяя вирусу проникнуть через апикальную сторону поляризованных клеток). [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Смит, Росс; Танфорд, Чарльз (июнь 1972 г.). «Критическая концентрация мицеллообразования l-α-дипальмитоилфосфатидилхолина в воде и водно-метанольных растворах». Журнал молекулярной биологии . 67 (1): 75–83. дои : 10.1016/0022-2836(72)90387-7 . ПМИД 5042465 .
- ^ Ху, Кью; Хоссейн, С; Джоши, РП (25 июня 2018 г.). «Анализ стратегии двойной ударной волны и ультракоротких электрических импульсов для электроманипуляции мембранными нанопорами» . Журнал физики D: Прикладная физика . 51 (28): 285403. Бибкод : 2018JPhD...51B5403H . дои : 10.1088/1361-6463/aaca7a . ISSN 0022-3727 . S2CID 125134522 .
- ^ Хоссейн, Шадиб; Абдельгавад, Ахмед (2 января 2020 г.). «Анализ проницаемости мембран вследствие синергетического эффекта контролируемой ударной волны и приложения электрического поля» . Электромагнитная биология и медицина . 39 (1): 20–29. дои : 10.1080/15368378.2019.1706553 . ISSN 1536-8378 . ПМИД 31868023 . S2CID 209446699 .
- ^ Стахович-Кушнец, Анна; Зайдлер, Томас; Рогальска, Ева; Корховец, Яцек; Корховец, Беата (01 февраля 2020 г.). «Монослой поверхностно-активного вещества легких - хороший естественный барьер против дибензо-п-диоксинов» . Хемосфера . 240 : 124850. Бибкод : 2020Chmsp.24024850S . doi : 10.1016/j.chemSphere.2019.124850 . ISSN 0045-6535 . ПМИД 31561163 .
- ^ Фернандес Руано, Д. Мигель Луис (2000). Характеристика комплекса легочного сурфактанта: Исследование структуры и функции белка А (SP-A) (PDF) . Мадрид: Мадридский университет Комплутенсе. стр. 10–11. ISBN 978-84-669-1635-6 .
- ^ «Дипальмитоилфосфатидилхолин — обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 25 октября 2019 г.
- ^ Ван, Мин; Зандер, Томас; Лю, Сяоянь; Лю, Чао; Радж, Аканкша; Флориан Виланд, округ Колумбия; Гарамус, Василь М.; Виллумейт-Рёмер, Регина; Классон, Пер Мартин; Дединайте, Андра (01 мая 2015 г.). «Влияние температуры на нанесенные бислои дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ): структура и смазывающая способность» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 445 : 84–92. Бибкод : 2015JCIS..445...84W . дои : 10.1016/j.jcis.2014.12.042 . ISSN 0021-9797 . ПМИД 25596372 .
- ^ Бай, Сюань; Сюй, Лу; Тан, Дженни Ю.; Цзо, И Ю.; Ху, Гоцин (01 октября 2019 г.). «Адсорбция фосфолипидов на поверхности воздуха и воды» . Биофизический журнал . 117 (7): 1224–1233. Бибкод : 2019BpJ...117.1224B . дои : 10.1016/j.bpj.2019.08.022 . ISSN 1542-0086 . ПМК 6818144 . ПМИД 31519299 .
- ^ Джексон, Дж. Крейг (01 января 2012 г.), Глисон, Кристин А.; Деваскар, Шерин У. (ред.), «Глава 46 - Респираторная недостаточность у недоношенных детей» , «Болезни Эйвери у новорожденных» (девятое издание) , WB Saunders, стр. 633–646, ISBN 9781437701340 , получено 25 октября 2019 г.
- ^ Пансуэла, С.; Тилеман, ДП; Медерос, Л.; Веласко, Э. (22 октября 2019 г.). «Молекулярное упорядочение в монослоях липидов: атомистическое моделирование». Ленгмюр . 35 (42): 13782–13790. arXiv : 1903.06659 . Бибкод : 2019arXiv190306659P . doi : 10.1021/acs.langmuir.9b02635 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 31553617 . S2CID 119061661 .
- ^ Эттвуд, Саймон Дж.; Чой, Ёнджик; Леоненко, Зоя (06 февраля 2013 г.). «Получение плоских липидных бислоев на поддержанном DOPC и DPPC для атомно-силовой микроскопии и атомно-силовой спектроскопии» . Международный журнал молекулярных наук . 14 (2): 3514–3539. дои : 10.3390/ijms14023514 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 3588056 . ПМИД 23389046 .
- ^ Афинштедт, К. (2010). «Нейтральные липиды в дрожжах: синтез, хранение и разложение». Справочник по углеводородной и липидной микробиологии . стр. 471–480. дои : 10.1007/978-3-540-77587-4_35 . ISBN 978-3-540-77584-3 .
- ^ Солл, Роджер; Озек, Эрен (20 января 2010 г.). «Профилактическое безбелковое синтетическое поверхностно-активное вещество для профилактики заболеваемости и смертности недоношенных детей» . Кокрановская база данных систематических обзоров . 2010 (1): CD001079. дои : 10.1002/14651858.CD001079.pub2 . ISSN 1469-493X . ПМК 7059181 . ПМИД 20091513 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чаттас, Лицензиат Гильермина (октябрь 2013 г.). «Введение экзогенного поверхностно-активного вещества» (PDF) . Журнал неонатального ухода . № 16: 10–17 – через Фундасамин.
- ^ Ли, Цзин; Ван, Сулин; Чжан, Тин; Ван, Чуньлин; Хуан, Чжэньцзюнь; Ло, Сян; Дэн, Ихуэй (2015). «Обзор фосфолипидов и их основных применений в системах доставки лекарств» . Азиатский журнал фармацевтических наук . 10 (2): 81–98. дои : 10.1016/j.ajps.2014.09.004 .
- ^ Справочник, Дом генетики. «Дисфункция сурфактанта» . Домашний справочник по генетике . Проверено 24 октября 2019 г.
- ^ Справочник, Дом генетики. «Ген ABCA3» . Домашний справочник по генетике . Проверено 24 октября 2019 г.
- ^ Эштон, MR; Постл, AD; Холл, Массачусетс; Смит, СЛ; Келли, Ф.Дж.; Норманд, IC (апрель 1992 г.). «Фосфатидилхолиновый состав аспиратов эндотрахеальной трубки новорожденных и последующих респираторных заболеваний» . Архив болезней в детстве . 67 (4 номера спецификаций): 378–382. дои : 10.1136/adc.67.4_spec_no.378 . ISSN 1468-2044 . ПМК 1590480 . ПМИД 1586174 .
- ^ Луисони, Стефания; Гребер, Урс Ф. (01 января 2016 г.), Куриэль, Дэвид Т. (редактор), «2 - Биология проникновения аденовируса в клетку: рецепторы, пути, механизмы» , Аденовирусные векторы для генной терапии (второе издание) , Academic Пресса, стр. 27–58, ISBN. 9780128002766 , получено 25 октября 2019 г.