الشحميات السفينغولية: الخصائص ، الوظائف ، المجموعات ، التوليف - مادة الاحياء - 2026

و الإسفنجية هي واحدة من العائلات الثلاث الرئيسية من الدهون في الأغشية البيولوجية. مثل الجليسيروفوسفوليبيدات والستيرولات ، فهي جزيئات أمفيباثيك مع منطقة قطبية محبة للماء ومنطقة قطبية كارهة للماء.

تم وصفها لأول مرة في عام 1884 من قبل يوهان إل دبليو ثوديتشوم ، الذي وصف ثلاثة سفينجوليبيدات (سفينجوميلين ، سيريبروسيد ، و سيريبروسولفاتيد) التي تنتمي إلى ثلاث فئات مختلفة معروفة: فوسفوفوسفينجوليبيد ، جليكوسفينجوليبيدات متعادلة وحمضية.

أليخاندرو بورتو ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

على عكس الجليسيروفوسفوليبيدات ، لا تُبنى السفينجوليبيدات على جزيء الجلسرين 3-فوسفات باعتباره العمود الفقري الرئيسي ، ولكنها مركبات مشتقة من السفينجوزين ، وهو كحول أميني له سلسلة هيدروكربونية طويلة مرتبطة برابطة أميد.

من حيث التعقيد والتنوع ، هناك ما لا يقل عن 5 أنواع مختلفة من القواعد معروفة للدهون السفينغولية في الثدييات. يمكن ربط هذه القواعد بأكثر من 20 نوعًا مختلفًا من الأحماض الدهنية ، بأطوال ودرجات متفاوتة من التشبع ، بالإضافة إلى العديد من الاختلافات في المجموعات القطبية التي يمكن أن تحدث.

تحتوي الأغشية البيولوجية على 20٪ شحميات سفينجولية. هذه لها وظائف متنوعة وهامة في الخلايا ، من الهيكلية إلى نقل الإشارة ، والتحكم في عمليات الاتصال الخلوي المختلفة.

يختلف توزيع هذه الجزيئات اعتمادًا على وظيفة العضية حيث توجد ، ولكن عادةً ما يكون تركيز الشحميات السفينغولية أعلى بكثير في الطبقة الأحادية الخارجية لغشاء البلازما مقارنة بالطبقة الأحادية الداخلية والمقصورات الأخرى.

يوجد في البشر ما لا يقل عن 60 نوعًا من الشحميات السفينغولية. العديد منها عبارة عن مكونات مهمة لأغشية الخلايا العصبية ، بينما يلعب البعض الآخر أدوارًا هيكلية مهمة أو يشارك في نقل الإشارة ، والتعرف ، وتمايز الخلايا ، والتسبب في المرض ، وموت الخلايا المبرمج ، من بين أمور أخرى.

E Structura

الهيكل العام للشحميات السفينغولية. LHcheM ، من ويكيميديا ​​كومنز

جميع السفينجوليبيدات مشتقة من L-serine ، والذي يتم تكثيفه بحمض دهني طويل السلسلة لتكوين قاعدة السفينجويد ، والمعروفة أيضًا باسم قاعدة السلسلة الطويلة (LCB).

القواعد الأكثر شيوعًا هي السفينجينين والسفينجوزين ، والتي تختلف عن بعضها البعض فقط في وجود رابطة مزدوجة متحولة بين الكربون 4 و 5 من حمض سفينجوزين الدهني.

تشبه الكربونات 1 و 2 و 3 من السفينغوزين من الناحية الهيكلية كربون الجلسرين في الجلسيروفوسفوليبيد. عندما يتم ربط حمض دهني بالكربون 2 من سفينجوزين من خلال روابط أميد ، يتم إنتاج سيراميد ، وهو جزيء مشابه جدًا للدياسيل جلسرين ويمثل أبسط سفينجوليبيد.

يمكن أن تكون الأحماض الدهنية طويلة السلسلة التي تشكل المناطق الكارهة للماء لهذه الدهون شديدة التنوع. تختلف الأطوال من 14 إلى 22 ذرة كربون يمكن أن يكون لها درجات مختلفة من التشبع ، عادة بين الكربون 4 و 5.

في المواضع 4 أو 6 يمكن أن يكون لديهم مجموعات هيدروكسيل وروابط مزدوجة في مواضع أخرى أو حتى فروع مثل مجموعات الميثيل.

مميزات

عادةً ما تكون سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بروابط الأميد بالسيراميد مشبعة ، وتميل إلى أن تكون أطول من تلك الموجودة في الجلسيروفوسفوليبيدات ، والتي يبدو أنها ضرورية لنشاطها البيولوجي.

من الخصائص المميزة للهيكل العظمي السفينجوليبيد أنه يمكن أن يكون له شحنة موجبة صافية عند درجة الحموضة المحايدة ، وهو أمر نادر بين جزيئات الدهون.

ومع ذلك ، فإن pK a للمجموعة الأمينية منخفضة مقارنة بأمين بسيط ، بين 7 و 8 ، بحيث لا يتم شحن جزء من الجزيء عند درجة الحموضة الفسيولوجية ، مما قد يفسر الحركة "الحرة" لهذه العناصر بين طبقات ثنائية.

ينشأ التصنيف التقليدي للشحميات السفينغولية من التعديلات المتعددة التي يمكن أن يخضع لها جزيء السيراميد ، خاصة من حيث بدائل مجموعات الرأس القطبية.

المميزات

الشحميات السفينغولية ضرورية في الحيوانات والنباتات والفطريات ، وكذلك في بعض الكائنات الحية بدائية النواة والفيروسات.

- الوظائف الهيكلية

تعدل الشحميات السفينجولية الخصائص الفيزيائية للأغشية ، بما في ذلك سيولتها وسمكها وانحناءها. إن تعديل هذه الخصائص يمنحها أيضًا تأثيرًا مباشرًا على التنظيم المكاني لبروتينات الغشاء.

في "أطواف" الدهون

في الأغشية البيولوجية ، يمكن اكتشاف المجالات الدقيقة الديناميكية ذات السيولة الأقل ، المكونة من جزيئات الكوليسترول والسفينجوليبيد التي تسمى أطواف الدهون.

تحدث هذه الهياكل بشكل طبيعي وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالبروتينات المتكاملة ومستقبلات سطح الخلية وبروتينات الإشارة والناقلات والبروتينات الأخرى التي تحتوي على مراسي glycosylphosphatidylinositol (GPI).

وظائف اللافتات

لها وظائف كجزيئات إشارات تعمل كمرسلين ثانويين أو بروابط مُفرزة لمستقبلات سطح الخلية.

كمراسلين ثانويين يمكنهم المشاركة في تنظيم توازن الكالسيوم ونمو الخلايا وتكوين الأورام وقمع موت الخلايا المبرمج. علاوة على ذلك ، يعتمد نشاط العديد من بروتينات الغشاء المحيطي والمتكامل على ارتباطها بالشحميات السفينغولية.

تعتمد العديد من التفاعلات بين الخلايا والخلوية مع بيئتها على تعرض المجموعات القطبية المختلفة للشحميات السفينغولية للوجه الخارجي لغشاء البلازما.

يعد ارتباط جليكوسفينجوليبيدات والليكتين أمرًا بالغ الأهمية لربط المايلين بالمحاور ، والتصاق العدلات بالبطانة ، إلخ.

المنتجات الثانوية لعملية التمثيل الغذائي

أهم شحميات السفينجوزين هي القواعد طويلة السلسلة أو السفينجوزينات والسيراميد ، بالإضافة إلى مشتقاتها المُفسفرة ، مثل سفينجوزين 1-فوسفات.

تعمل منتجات التمثيل الغذائي للعديد من الشحميات السفينغولية على تنشيط أو تثبيط أهداف متعددة في اتجاه مجرى النهر (كينازات البروتين ، وفوسفاتاز البروتين الفسفوري ، وغيرها) ، والتي تتحكم في السلوكيات الخلوية المعقدة مثل النمو والتمايز والاستماتة.

- كمستقبلات في الغشاء

تستخدم بعض مسببات الأمراض الجليكوسفينجوليبيدات كمستقبلات للتوسط في دخولها إلى الخلايا المضيفة أو لتوصيل عوامل الفوعة إليها.

لقد ثبت أن الشحميات السفينغولية تشارك في أحداث خلوية متعددة مثل الإفراز ، والالتقام ، والانجذاب الكيميائي ، والانتقال العصبي ، وتكوين الأوعية ، والالتهاب.

كما أنهم يشاركون في تهريب الأغشية ، وبالتالي التأثير على استيعاب المستقبلات ، والترتيب ، والحركة ، واندماج الحويصلات الإفرازية استجابة لمحفزات مختلفة.

مجموعات سفينجوليبيد

هناك ثلاث فئات فرعية من السفينغوليبيدات ، كلها مشتقة من سيراميد وتختلف عن بعضها البعض حسب المجموعات القطبية ، وهي: السفينغوميلين ، والشحميات السكرية ، والجانغليوزيدات.

سفينغوميلين

سفينغوميلين. الأسود: السفينغوزين. الأحمر: الفوسفوكولين. الأزرق: حمض دهني.

تحتوي هذه على الفوسفوكولين أو الفوسفويثانولامين كمجموعة رأس قطبية ، لذلك يتم تصنيفها على أنها فوسفوليبيد مع جلسروفوسفوليبيد. إنها تشبه ، بالطبع ، فوسفاتيديل كولين في هيكل ثلاثي الأبعاد وخصائص عامة نظرًا لعدم وجود شحنة على رؤوسها القطبية.

وهي موجودة في أغشية البلازما للخلايا الحيوانية وهي وفيرة بشكل خاص في المايلين ، وهو غمد يحيط ويعزل المحاور العصبية لبعض الخلايا العصبية.

جليكوليبيدات محايدة أو جليكوسفينجوليبيدات (بدون شحنة)

جليكوليبيد Wpcrosson ، من ويكيميديا ​​كومنز

توجد بشكل أساسي على الوجه الخارجي لغشاء البلازما وتحتوي على واحد أو أكثر من السكريات كمجموعة رأس قطبية متصلة مباشرة بهيدروكسيل الكربون 1 في جزء السيراميد. ليس لديهم مجموعات الفوسفات. نظرًا لعدم وجود شحنة عند درجة الحموضة 7 ، يطلق عليهم اسم جليكوليبيدات محايدة.

تحتوي المبيدات الحشرية على جزيء سكر واحد مرتبط بسيراميد. تم العثور على تلك التي تحتوي على الجالاكتوز في أغشية البلازما لخلايا الأنسجة غير العصبية. الجلوبوزيدات عبارة عن شحميات جليكوسفينجولية مع اثنين أو أكثر من السكريات ، وعادة ما تكون D-glucose أو D-galactose أو N-acetyl-D-galactosamine.

جانغليوسيدات حمضية أو جليكوسفينجوليبيدات

هيكل Ganglioside GM1

هذه هي أكثر الشحميات السفينغولية تعقيدًا. لديهم سكريات قليلة كمجموعة رأس قطبية وواحد أو أكثر من بقايا حمض N-acetylmuramic ، وتسمى أيضًا حمض السياليك. يعطي حمض السياليك الشحنة السالبة للجانجليوسيدات عند درجة الحموضة 7 ، مما يميزها عن الشحميات السكرية المحايدة.

تعتمد تسمية هذه الفئة من السفينغوليبيدات على كمية بقايا حمض السياليك الموجودة في جزء قليل السكاريد من الرأس القطبي.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

يتم تصنيع جزيء القاعدة طويل السلسلة أو السفينجوزين في الشبكة الإندوبلازمية (ER) وتحدث إضافة المجموعة القطبية إلى رأس هذه الدهون لاحقًا في مجمع جولجي. في الثدييات ، يمكن أيضًا أن يحدث بعض تخليق الشحميات السفينغولية في الميتوكوندريا.

بعد الانتهاء من تركيبها في مجمع جولجي ، يتم نقل الشحميات السفينجولية إلى أجزاء خلوية أخرى من خلال آليات تتوسطها الحويصلة.

يتكون التخليق الحيوي للدهون السفينغولية من ثلاثة أحداث أساسية: تخليق القواعد طويلة السلسلة ، والتخليق الحيوي للسيراميدات عن طريق اتحاد الأحماض الدهنية من خلال رابطة أميد ، وأخيرًا تكوين شحميات سفينجولية معقدة من خلال لاتحاد المجموعات القطبية على الكربون 1 لقاعدة السفينجويد.

بالإضافة إلى تخليق de novo ، يمكن أيضًا تشكيل الشحميات السفينجولية من خلال دوران أو إعادة تدوير القواعد طويلة السلسلة والسيراميد ، والتي يمكن أن تغذي تجمع الدهون السفينجولية.

توليف الهيكل العظمي للسيراميد

يبدأ التخليق الحيوي للسيراميد ، العمود الفقري للشحميات السفينغولية ، بالتكثيف المنزوع الكربوكسيل لجزيء بالميتويل- CoA ولسيرين إل. يتم تحفيز التفاعل بواسطة سيرين بالميتويل ترانسفيراز (SPT) ، يعتمد على فوسفات البيريدوكسال والمنتج هو 3-كيتو ثنائي هيدرو سفينجوزين.

يتم تثبيط هذا الإنزيم بواسطة β-halo-L-alanines و L-cycloserines. في الخميرة يتم ترميزه بجينين ، بينما في الثدييات هناك ثلاثة جينات لهذا الإنزيم. يقع الموقع النشط على الجانب السيتوبلازمي للشبكة الإندوبلازمية.

يتم حفظ دور هذا الإنزيم الأول في جميع الكائنات الحية المدروسة. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات بين الأصناف التي لها علاقة بالموقع الخلوي للإنزيم: فالبكتريا هي السيتوبلازمية ، والخمائر والنباتات والحيوانات في الشبكة الإندوبلازمية.

يتم تقليل 3-كيتوسفينجانين لاحقًا بواسطة اختزال 3-كيتوسفينجانين المعتمد على NADPH لإنتاج السفينجانين. سينثاز ثنائي هيدرو سيراميد (سفينغانين إن أسيل ترانسفيراز) ثم أسيتيلات السفينغانين لإنتاج ثنائي هيدرو سيراميد. يتشكل السيراميد بعد ذلك بواسطة ثنائي هيدرو سيراميد desaturase / اختزال ، والذي يُدرج رابطة مزدوجة متحولة في الموضع 4-5.

يوجد في الثدييات العديد من الأشكال الإسوية لتركيبات السيراميد ، كل منها يربط سلسلة معينة من الأحماض الدهنية بقواعد طويلة السلسلة. لذلك ، فإن تركيبات السيراميد والإنزيمات الأخرى ، الاستطالات ، توفر المصدر الرئيسي للتنوع للأحماض الدهنية في السفينجوليبيد.

تشكيل معين سفينجوليبيد

يتم تصنيع السفينجوميلين عن طريق نقل الفوسفوكولين من فوسفاتيديل كولين إلى سيراميد ، وإطلاق دياسيل جلسرين. يربط التفاعل بين مسارات تأشير السفينغوليبيد والجليسروفوسفوليبيد.

يتم تصنيع سيراميد فسفويثانولامين من فوسفاتيد إيثانول أمين وسيراميد في تفاعل مشابه لتفاعل السفينغوميلين ، وبمجرد تشكيله يمكن ميثليته إلى السفينغوميلين. تتشكل سيراميدات فوسفات الإينوزيتول عن طريق الأسترة التحويلية من فوسفاتيديلينوسيتول.

يتم تعديل جليكوسفينجوليبيدات بشكل رئيسي في مجمع جولجي ، حيث تشارك إنزيمات محددة للجليكوزيل ترانسفيراز في إضافة سلاسل قليلة السكريات في المنطقة المحبة للماء في الهيكل العظمي للسيراميد.

التمثيل الغذائي

يتم إجراء تحلل الشحميات السفينغولية بواسطة إنزيمات الجلوكوهيدرولازات و sphingomyelinases ، المسؤولة عن إزالة التعديلات في المجموعات القطبية. من ناحية أخرى ، تقوم سيراميديز بتجديد قواعد السلسلة الطويلة من السيراميد.

تتحلل جانجليوسيدات بواسطة مجموعة من الإنزيمات الليزوزومية التي تحفز التخلص التدريجي من وحدات السكر ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج سيراميد.

يتألف مسار التحلل الآخر من استيعاب الشحميات السفينغولية في الحويصلات الداخلية التي يتم إرسالها مرة أخرى إلى غشاء البلازما أو نقلها إلى الجسيمات الحالة حيث تتحلل بفعل هيدرولازات حمض معينة.

لا يتم إعادة تدوير جميع القواعد طويلة السلسلة ، فالشبكة الإندوبلازمية لديها مسار لتدهورها النهائي. تتكون آلية التحلل هذه من الفسفرة بدلاً من أسيل LCBs ، مما يؤدي إلى ظهور جزيئات إشارات يمكن أن تكون ركائز قابلة للذوبان لأنزيمات اللياز التي تشق LCBs-الفوسفات لتوليد acyloaldehydes و phosphoethanolamine.

اللائحة

يتم تنظيم استقلاب هذه الدهون على مستويات مختلفة ، أحدها هو مستوى الإنزيمات المسؤولة عن التوليف ، وتعديلاتها اللاحقة للترجمة ، وآلياتها الخيفية.

بعض الآليات التنظيمية خاصة بالخلية ، إما للتحكم في لحظة تطور الخلية التي يتم إنتاجها فيها أو استجابة لإشارات محددة.

المراجع

1. بارتكي ، إن ، وهانون ، واي (2009). الدهون السفينغولية النشطة بيولوجيا: التمثيل الغذائي والوظيفة. مجلة أبحاث الدهون ، 50 ، 19.
2. بريسلو ، دي كيه (2013). التوازن السفينجوليبيد في الشبكة الإندوبلازمية وما بعدها. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، 5 (4) ، a013326.
3. Futerman ، AH ، & حنون ، يا (2004). الحياة المعقدة للشحميات السفينغولية البسيطة. تقارير EMBO، 5 (8) ، 777-782.
4. Harrison ، PJ ، Dunn ، T. ، & Campopiano ، DJ (2018). التخليق الحيوي للدهون السفينغولية في الإنسان والميكروبات. تقارير المنتجات الطبيعية ، 35 (9) ، 921-954.
5. لاهيري ، س. ، وفوترمان ، أ. ه. (2007). استقلاب ووظيفة الشحميات السفينغولية والجليكوسفينغولية. علوم الحياة الخلوية والجزيئية، 64 (17) ، 2270-2284.
6. لوديش ، هـ ، بيرك ، أ ، كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، بريتشر ، إيه ، بلويج ، إتش ، مارتن ، ك. (2003). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الخامسة). فريمان ، دبليو إتش وشركاه.
7. لوكي ، م. (2008). البيولوجيا التركيبية الغشائية: مع الأسس البيوكيميائية والفيزيائية الحيوية. صحافة جامعة كامبرج. تم الاسترجاع من www.cambridge.org/9780521856553
8. ميريل ، إيه إتش (2011). مسارات التمثيل الغذائي السفينجوليبيد والجليكوسفينجوليبيد في عصر السفينجوليبيدوميكس. مراجعات كيميائية، 111 (10) ، 6387-6422.
9. نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
10. فانس ، جي إي ، وفانس ، دي (2008). الكيمياء الحيوية للدهون والبروتينات الدهنية والأغشية. في المجلد الجديد الشامل للكيمياء الحيوية.36 (الطبعة الرابعة). إلسفير.