Какви са основните функции на фосфолипидите?

Фосфолипидите са преобладаващи в клетките на бактериите и еукариотите. Те са молекули, направени от фосфатна глава и липидна опашка. Главата се счита за водолюбива или хидрофилна, докато опашката е хидрофобна или отблъскваща водата. Следователно фосфолипидите се наричат ​​амфифилни. Поради тази двойствена природа на фосфолипидите, много видове се подреждат в два слоя във водна среда. Това се нарича фосфолипиден двуслой. Синтезът на фосфолипиди се осъществява предимно в ендоплазмения ретикулум. Други области на биосинтеза включват апарата на Голджи и митохондриите. Фосфолипидите функционират по различни начини в клетките.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Фосфолипидите са молекули с хидрофилни фосфатни глави и хидрофобни липидни опашки. Те се състоят от клетъчни мембрани, регулират определени клетъчни процеси и притежават както стабилизиращи, така и динамични качества, които могат да помогнат за доставянето на лекарства.

Фосфолипидите осигуряват бариери в клетъчните мембрани за защита на клетката и правят бариери за органелите в тези клетки. Фосфолипидите работят, за да осигурят пътища за различни вещества през мембраните. Мембранните протеини засягат фосфолипидния бислой; те реагират на клетъчни сигнали или действат като ензими или транспортни механизми за клетъчната мембрана. Двуслойният фосфолипид лесно позволява на основни молекули като вода, кислород и въглероден диоксид преминават през мембраната, но много големи молекули не могат да влязат в клетката по този начин или може да не успеят всичко. С тази комбинация от фосфолипиди и протеини се казва, че клетката е селективно пропусклива, позволявайки само на определени вещества свободно и други чрез по-сложни взаимодействия.

Фосфолипидите осигуряват структура на клетъчните мембрани, които от своя страна поддържат органелите организирани и разделени, за да работят по-ефективно, но тази структура също спомага за гъвкавостта на мембраните и течливост. Някои фосфолипиди ще предизвикат отрицателна кривина на мембраната, докато други индуцират положителна кривина, в зависимост от техния грим. Протеините също допринасят за изкривяването на мембраната. Фосфолипидите могат също да се транслоцират през мембраните, често чрез специални протеини като флипази, флопази и скрамблази. Фосфолипидите допринасят и за повърхностния заряд на мембраните. Така че, докато фосфолипидите допринасят за стабилността, тяхното сливане и тяхното делене, те също помагат при транспортирането на материали и сигнали. Следователно фосфолипидите правят мембраните силно динамични, а не прости двуслойни бариери. И докато фосфолипидите допринасят повече от първоначално смятаното за различни процеси, те остават стабилизаторите на клетъчните мембрани на различните видове.

С по-добра технология учените могат да визуализират някои фосфолипиди в живите клетки чрез флуоресцентни сонди. Други методи за изясняване на фосфолипидната функционалност включват използване на нокаутиращи видове (като мишки), които притежават свръхекспресирани липидо-модифициращи ензими. Това помага за разбирането на повече функции за фосфолипидите.

Фосфолипидите играят активна роля, освен че образуват двуслоеве. Фосфолипидите поддържат градиент от химични и електрически процеси, за да осигурят оцеляването на клетките. Те също са от съществено значение за регулиране на екзоцитозата, хемотаксиса и цитокинезата. Някои фосфолипиди играят роля във фагоцитозата, като работят, за да заобиколят частиците, за да образуват фагозоми. Фосфолипидите също допринасят за ендоцитозата, която е генерирането на вакуоли. Процесът включва свързване на мембраната около частиците, удължаване и накрая разцепване. Получените ендозоми и фагозоми от своя страна притежават свои собствени липидни бислоеве.

Фосфолипидите регулират клетъчните процеси, свързани с растежа, синаптичното предаване и имунното наблюдение.

Друга функция на фосфолипидите е тази за сглобяване на циркулиращи липопротеини. Тези протеини играят основната роля на транспорта на липофилни триглицериди и холестероли в кръвта.

Фосфолипидите също работят като емулгатори в организма, например когато се смесват с холестероли и жлъчна киселина в жлъчния мехур, за да се получат мицели за усвояване на мастните вещества. Фосфолипидите също играят ролята на омокряне на повърхности за неща като стави, алвеоли и други части на тялото, изискващи плавно движение.

Фосфолипидите в еукариотите се получават в митохондриите, ендозомите и ендоплазмения ретикулум (ER). Повечето фосфолипиди се произвеждат в ендоплазмения ретикулум. В ER фосфолипидите се използват при невезикуларен липиден транспорт между ER и други органели. В митохондриите фосфолипидите играят многобройни роли за клетъчната хомеостаза и функционирането на митохондриите.

Фосфолипидите, които не образуват бислои, спомагат за сливането и огъването на мембраната.

Най-разпространените фосфолипиди в еукариотите са глицерофосфолипидите, които притежават глицеролов скелет. Те имат главна група, хидрофобни странични вериги и алифатни вериги. Главната група на тези фосфолипиди може да варира по химичен състав, което води до различни разновидности на фосфолипидите. Структурите на тези фосфолипиди варират от цилиндрични до конични до обратно конични и като такива тяхната функционалност се различава. Те работят с холестерол и сфинголипиди, за да подпомогнат ендоцитозата, изграждат липопротеини, използват се като повърхностноактивни вещества и са основните компоненти на клетъчните мембрани.

Фосфатидната киселина (PA), наричана още фосфатидат, съдържа само малък процент фосфолипиди в клетките. Той е най-основният фосфолипид и служи като предшественик на други глицерофосфолипиди. Той има конична форма и може да доведе до изкривяване на мембраните. PA насърчава сливането и деленето на митохондриите и е от съществено значение за липидния метаболизъм. Той се свързва с Rac протеина, свързан с хемотаксиса. Смята се също, че взаимодейства с много други протеини поради анионната си природа.

Фосфатидилхолинът (PC) е фосфолипидът с най-голямо количество, съставляващ до 55 процента от общите липиди. PC е йон, известен като цвиттерион, има цилиндрична форма и е известен с това, че образува бислои. PC служи като компонент субстрат за генериране на ацетилхолин, ключов невротрансмитер. PC може да се превърне в други липиди като сфингомиелини. PC също служи като сърфактант в белите дробове и е компонент на жлъчката. Общата му роля е тази за стабилизиране на мембраната.

Фосфатидилетаноламинът (PE) също е доста богат, но е донякъде коничен и не е склонен да образува бислои. Съдържа до 25 процента от фосфолипидите. Той е обилен във вътрешната мембрана на митохондриите и може да бъде направен от митохондриите. PE притежава относително по-малка група глави в сравнение с PC. PE е известен с макроавтофагията и помага при сливането на мембраните.

Кардиолипин (CL) е конусообразен фосфолипиден димер и е основният недвуслоен фосфолипид, открит в митохондриите, които са единствените органели, които правят CL. Кардиолипинът се намира предимно във вътрешната митохондриална мембрана и влияе върху протеиновата активност в митохондриите. Този богат на мастни киселини фосфолипид е необходим за функционалността на митохондриалните дихателни верижни комплекси. CL съставлява значително количество сърдечни тъкани и се намира в клетки и тъкани, които изискват висока енергия. CL работи за привличане на протони към ензим, наречен ATP синтаза. CL също помага за сигнализиране на клетъчна смърт чрез апоптоза.

Фосфатидилинозитолът (PI) съставлява до 15 процента от фосфолипидите, открити в клетките. PI се намира в многобройни органели и неговата главна група може да претърпи обратими промени. PI работи като предшественик, който подпомага предаването на съобщения в нервната система, както и трафика на мембрани и насочване на протеини.

Фосфатидилсеринът (PS) съдържа до 10 процента от фосфолипидите в клетките. PS играе важна роля в сигнализирането вътре и извън клетките. PS помага на нервните клетки да функционират и регулира проводимостта на нервните импулси. PS характеристики при апоптоза (спонтанна клетъчна смърт). PS също така включва тромбоцитни мембрани и следователно играе роля в съсирването.

Фосфатидилглицеролът (PG) е предшественик на бис (моноацилглицеро) фосфат или BMP, който присъства в много клетки и е потенциално необходим за транспортирането на холестерола. BMP се намира главно в клетките на бозайници, където съставлява приблизително 1% от фосфолипидите. BMP се произвежда предимно в мултикулярни тела и се смята, че предизвиква навлизане навътре в мембраната.

Сфингомиелинът (SM) е друга форма на фосфолипид. SM са важни за състава на мембраните на животинските клетки. Докато гръбнакът на глицерофосфолипидите е глицеролът, гръбнакът на сфингомиелините е сфингозин. Двуслойните SM фосфолипиди реагират по различен начин на холестерола и са по-силно компресирани, но имат намалена пропускливост за вода. SM включва липидни салове, стабилни нанодомени в мембраните, които са важни за мембранното сортиране, сигналната трансдукция и транспорта на протеини.

Дисфункцията на фосфолипидите води до редица нарушения като периферна невропатия на Шарко-Мари-Зъб, синдром на Скот и абнормен липиден катаболизъм, който е свързан с няколко тумора.

Генетичните разстройства, причинени от генни мутации, могат да доведат до дисфункции в биосинтеза и метаболизма на фосфолипидите. Те се оказват доста изразени при разстройства, свързани с митохондриите.

Необходима е ефективна липидна мрежа в митохондриите. Фосфолипидите кардиолипин, фосфатидна киселина, фосфатидилглицерол и фосфатидилетаноламин играят решаваща роля за поддържането на мембраната на митохондриите. Мутациите на гени, които засягат тези процеси, понякога водят до генетични заболявания.

При синдрома на Барт на митохондриалната Х-свързана болест (BTHS) състоянията включват слабост на скелетните мускули, намалена растеж, умора, двигателно забавяне, кардиомиопатия, неутропения и 3-метилглутаконова ацидурия, потенциално фатален заболяване. Тези пациенти показват дефектни митохондрии, които притежават намалено количество фосфолипид CL.

Разширената кардиомиопатия с атаксия (DCMA) се проявява с ранна поява на разширена кардиомиопатия, атаксия на мозък, който не е прогресивен (но който води до закъснения в двигателите), отказ на растежа и други състояния. Това заболяване е резултат от функционални проблеми с ген, който подпомага регулирането на ремоделирането на CL и биогенезата на митохондриалните протеини.

Синдромът на MEGDEL се представя като автозомно-рецесивно разстройство с енцефалопатия, определена форма на глухота, двигателни закъснения и забавяне на развитието и други състояния. В засегнатия ген, фосфолипидът на предшественика на CL, PG, има променена ацилова верига, която от своя страна променя CL. Освен това генните дефекти намаляват нивата на фосфолипидния BMP. Тъй като BMP регулира регулирането и трафика на холестерол, намаляването му води до натрупване на нестерифициран холестерол.

Докато изследователите научават повече за ролята на фосфолипидите и тяхното значение, има надежда, че могат да бъдат направени нови терапии за лечение на заболявания, които са резултат от тяхната дисфункция.

Биосъвместимостта на фосфолипидите ги прави идеални кандидати за системи за доставка на лекарства. Техните амфифилни (съдържащи както водолюбиви, така и ненавиждащи компоненти) конструкции спомагат за самосглобяване и изработване на по-големи конструкции. Фосфолипидите често образуват липозоми, които могат да носят лекарства. Фосфолипидите също служат като добри емулгатори. Фармацевтичните компании могат да избират фосфолипиди от яйца, соя или изкуствено конструирани фосфолипиди, за да подпомогнат доставката на лекарства. Изкуствените фосфолипиди могат да бъдат направени от глицерофосфолипиди чрез промяна на групите на главата или опашката или и двете. Тези синтетични фосфолипиди са по-стабилни и по-чисти от естествените фосфолипиди, но тяхната цена обикновено е по-висока. Количеството мастни киселини в естествени или синтетични фосфолипиди ще повлияе на тяхната ефективност на капсулиране.

Фосфолипидите могат да образуват липозоми, специални везикули, които могат по-добре да съответстват на структурата на клетъчната мембрана. След това тези липозоми служат като носители на лекарства за хидрофилни или липофилни лекарства, лекарства с контролирано освобождаване и други агенти. Липозомите, направени от фосфолипиди, често се използват в лекарства за рак, генна терапия и ваксини. Липозомите могат да бъдат силно специфични за доставяне на лекарства, като ги приличат на клетъчната мембрана, която трябва да преминат. Съдържанието на фосфолипиди в липозомите може да бъде променено въз основа на мястото на целевото заболяване.

Емулгиращите свойства на фосфолипидите ги правят идеални за интравенозни инжекционни емулсии. За тази цел често се използват емулсии от яйчен жълтък и соя на фосфолипиди.

Ако лекарствата имат лоша бионаличност, понякога естествени флавоноиди могат да се използват за образуване на комплекси с фосфолипиди, подпомагащи усвояването на лекарството. Тези комплекси обикновено дават стабилни лекарства с по-дълго действие.

Тъй като продължаващите изследвания дават повече информация за все по-полезните фосфолипиди, науката ще го направи се възползвайте от знанията, за да разберете по-добре клетъчните процеси и да направите по-силно насочени лекарства.