CARDIOLIPIN: الهيكل والتوليف والوظائف - مادة الاحياء - 2026

و كارديوليبين، المعروف أيضا باسم diphosphatidylglycerol، هي عائلة glicerofosfolípidos الدهون ومجموعة من poliglicerofosfolípidos. يوجد في غشاء الميتوكوندريا للكائنات حقيقية النواة ، في غشاء البلازما للعديد من البكتيريا ، وكذلك في بعض العتائق.

تم اكتشافه بواسطة Pangborn في عام 1942 من خلال تحليل دهون الغشاء في أنسجة القلب في بقرة. تم اقتراح هيكلها في عام 1956 وتم التخليق الكيميائي بعد حوالي 10 سنوات.

هيكل Cardiolipin (المصدر: Edgar181 عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يرى بعض المؤلفين أن وجوده يقتصر على الأغشية المنتجة لـ ATP ، كما في حالة الميتوكوندريا في حقيقيات النوى ، وأغشية البلازما في البكتيريا ، وهيدروجينسومات (عضيات تشبه الميتوكوندريا) في بعض الطلائعيات.

تم استخدام حقيقة أن الكارديوليبين موجود في الميتوكوندريا وفي غشاء البلازما للبكتيريا لتعزيز قواعد نظرية التعايش الداخلي ، والتي تنص على أن الميتوكوندريا نشأت في الخلايا الأصلية لحقيقيات النوى عن طريق البلعمة للبكتيريا ، والتي ثم أصبحت معتمدة على الخلية والعكس صحيح.

تم وصف مساره الحيوي في الحيوانات بين عامي 1970 و 1972 ، وبعد ذلك تبين أنه نفس المسار الذي يحدث في النباتات والخمائر والفطريات واللافقاريات. إنها ليست دهونًا وفيرة جدًا ، لكن الخلايا تتطلبها لتعمل بشكل صحيح.

تتضح أهمية هذا الفسفوليبيد بالنسبة للميتوكوندريا ، وبالتالي لعملية التمثيل الغذائي الخلوي ، عندما ينتج عن خلل في المسارات الأيضية المرتبطة به أمراض بشرية تعرف باسم متلازمة بارث (اعتلال عضلي القلب والهيكل العظمي).

بناء

يتكون Cardiolipin أو diphosphatidylglycerol من جزيئين من حمض الفوسفاتيديك (أبسط فوسفوليبيد) مرتبطين معًا من خلال جزيء الجلسرين.

حمض الفوسفاتيديك ، أحد الوسائط الشائعة في مسارات التخليق الحيوي للفوسفوليبيدات الأخرى ، يتكون من جزيء جلسرين 3 فوسفات ، حيث يتم أسترة سلسلتين من الأحماض الدهنية في مواقع الكربون 1 و 2 ، لذلك يُعرف أيضًا باسم 1،2-دياسيل جلسرين 3-فوسفات.

لذلك ، يتكون الكارديوليبين من ثلاثة جزيئات من الجلسرين: جلسرين مركزي ، مرتبط بمجموعة فوسفات في الكربون 1 ، ومجموعة فوسفات أخرى في الكربون 3 ، ومجموعة هيدروكسيل في الكربون 2 ؛ واثنين من الجلسرين "الجانبي".

ترتبط جزيئات الجلسرين "الجانبية" بالجزيء المركزي من خلال "جسور الجلسرين" من خلال الكربون في الموضع 3. في الكربون في الموضعين 1 و 2 ، يتم أسترة سلسلتي الأحماض الدهنية ذات الطول والتشبع. متغير.

Cardiolipin هو دهون قد تشكل أو لا تشكل طبقات ثنائية ، اعتمادًا على وجود أو عدم وجود الكاتيونات ثنائية التكافؤ. هذا مرتبط بحقيقة أنه جزيء متماثل ، مما يجعله مهمًا في الأغشية المسؤولة عن عمليات نقل الطاقة.

مثل الدهون الأخرى من مجموعة polyglycerophospholipids ، يحتوي Cardiolipin على العديد من مجموعات الهيدروكسيل التي يمكن أن تعمل في ربط الأحماض الدهنية. لذلك ، لديها العديد من الأيزومرات الموضعية.

أحماضك الدهنية

لقد حددت دراسات مختلفة أن الأحماض الدهنية المرتبطة بجزيئات الجلسرين الجانبية للكارديوليبين عادة ما تكون غير مشبعة ، ولكن لم يتم تحديد درجة عدم التشبع.

لذلك يمكن أن يكون طول هذه الأحماض الدهنية 14-22 كربون في الطول و0-6 روابط مزدوجة. هذا وحقيقة أن كارديوليبين يحتوي على أربعة جزيئات من الأحماض الدهنية المرتبطة ، مما يعني أنه يمكن أن يكون هناك العديد من المتغيرات والتوليفات من هذا الفسفوليبيد.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

يبدأ التخليق الحيوي للكارديوليبين ، كما هو متوقع ، بتخليق حمض الفوسفاتيديك أو 1،2-دياسيل جلسرين 3-فوسفات من الجلسرين 3-فوسفات والأحماض الدهنية. تحدث هذه العملية في الميتوكوندريا في حقيقيات النوى وفي غشاء البلازما للبكتيريا.

التوليف في حقيقيات النوى

بعد تكوينه ، يتفاعل حمض الفوسفاتيد مع جزيء عالي الطاقة مشابه لـ ATP: CTP. ثم يتم تشكيل وسيط ، عالي الطاقة أيضًا ، يُعرف باسم فوسفاتيديل- CMP. يتم نقل مجموعة الفوسفاتيديل المنشط إلى مجموعة الهيدروكسيل في الموضع C1 لجزيء الجلسرين المركزي الذي يعمل بمثابة العمود الفقري.

ينتج عن هذه العملية جزيء يسمى فوسفاتيديل جلسروفوسفات ، والذي يتحلل بالماء لإنتاج فوسفاتيديل جلسرين. هذا يتلقى مجموعة فوسفاتيديل أخرى يتم تنشيطها من جزيء فوسفاتيديل- CMP آخر ، وهو تفاعل محفز بواسطة فوسفاتيديل ترانسفيراز المعروف أيضًا باسم كارديوليبين سينسيز.

يوجد إنزيم كارديوليبين سينسيز في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ويبدو أنه يشكل معقدًا كبيرًا ، على الأقل في الخميرة. يتم التعبير عن جينها بكميات كبيرة في الأنسجة الغنية بالميتوكوندريا مثل القلب والكبد والعضلات الهيكلية للفقاريات.

يعتمد تنظيم نشاطها ، إلى حد كبير ، على نفس عوامل النسخ وعوامل الغدد الصماء التي تعدل التكوين الحيوي للميتوكوندريا.

بمجرد تصنيعه في غشاء الميتوكوندريا الداخلي ، يجب نقل الكارديوليبين نحو الغشاء الخارجي للميتوكوندريا بحيث تحدث سلسلة من العمليات الطوبولوجية في الغشاء ويتم استيعاب العناصر الهيكلية الأخرى.

التوليف في بدائيات النوى

يمكن أن يكون محتوى الكارديوليبين في البكتيريا شديد التباين ويعتمد بشكل أساسي على الحالة الفسيولوجية للخلايا: عادة ما يكون أقل وفرة في مرحلة النمو الأسي وأكثر وفرة عندما يكون هناك اختزال (في المرحلة الثابتة ، على سبيل المثال).

يمكن تشغيل مساره الحيوي من خلال محفزات إجهاد مختلفة مثل نقص الطاقة أو الإجهاد التناضحي.

حتى يتم تكوين فوسفاتيديل جلسرين ، تكون العملية في حقيقيات النوى وبدائيات النوى متكافئة ، ولكن في بدائيات النوى ، يتلقى الفوسفاتيديل الجلسرين ، عن طريق الأسترة ، مجموعة فوسفاتيديل من جزيء فوسفاتيديل جلسرين آخر. يتم تحفيز هذا التفاعل عن طريق إنزيم فسفوليباز من النوع D المعروف أيضًا باسم سينسيز كارديوليبين.

يُعرف هذا التفاعل باسم تفاعل "تحويل الفوسفاتيد" (من "التحلل الفوسفاتي" باللغة الإنجليزية) ، حيث يعمل أحد الجلسرين الفوسفاتيديل كمانح لمجموعة الفوسفاتيديل والآخر كمستقبل.

المميزات

يبدو أن الخصائص الفيزيائية لجزيئات الكارديوليبين تسمح ببعض التفاعلات التي تلعب أدوارًا مهمة في التنظيم الهيكلي للأغشية حيث توجد.

من بين هذه الوظائف التمييز في بعض مجالات الغشاء ، التفاعل أو "التقاطع" مع بروتينات الغشاء أو نطاقاتها الفرعية ، من بين أمور أخرى.

بفضل خصائصه الفيزيائية والكيميائية ، يتم التعرف على الكارديوليبين على أنه دهون لا تشكل طبقة ثنائية ، ولكن وظيفتها قد تكون استقرار و "استيعاب" بروتينات الغشاء في طبقات الدهون الثنائية.

تمنحه خصائصه الكهربائية ، على وجه الخصوص ، وظائف في عمليات نقل البروتون التي تحدث في الميتوكوندريا.

على الرغم من أن الخلايا يمكنها البقاء على قيد الحياة بدون هذا الفسفوليبيد ، فقد حددت بعض الدراسات أنه مطلوب لأداء وظائفها على النحو الأمثل.

المراجع

1. Harayama، T.، & Riezman، H. (2018). فهم تنوع تكوين الغشاء الدهني. مراجعات الطبيعة بيولوجيا الخلية الجزيئية ، 19 (5) ، 281-296.
2. لوكي ، م. (2008). البيولوجيا التركيبية الغشائية: مع الأسس البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية. صحافة جامعة كامبرج.
3. موراي ر. ، بندر ، د. ، بوثام ، ك. ، كينيلي ، ب. ، رودويل ، ف ، وويل ، ب. (2009). هاربر للكيمياء الحيوية المصورة (الطبعة 28). ماكجرو هيل الطبية.
4. van Meer ، G. ، Voelker ، DR ، & Feigenson ، GW (2008). الدهون الغشائية: أين هم وكيف يتصرفون. مراجعات الطبيعة ، 9 ، 112-124.
5. فانس ، جي إي ، وفانس ، دي (2008). الكيمياء الحيوية للدهون والبروتينات الدهنية والأغشية. في المجلد الجديد الشامل للكيمياء الحيوية.36 (الطبعة الرابعة). إلسفير.