Hvad er de primære funktioner for fosfolipider?

Phospholipider er udbredt i cellerne fra bakterier og eukaryoter. De er molekyler lavet af et fosfathoved og en lipidhale. Hovedet betragtes som vandelskende eller hydrofilt, mens halen er hydrofobt eller frastødende for vand. Fosfolipider kaldes derfor amfifile. På grund af denne dobbelte natur af fosfolipider arrangerer mange typer sig i to lag i et vandigt miljø. Dette kaldes et phospholipid dobbeltlag. Phospholipidsyntese forekommer primært i det endoplasmatiske reticulum. Andre områder af biosyntese inkluderer Golgi-apparatet og mitokondrier. Fosfolipider fungerer på forskellige måder inde i celler.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Phospholipider er molekyler med hydrofile phosphathoveder og hydrofobe lipidhaler. De omfatter cellulære membraner, regulerer visse cellulære processer og har både stabiliserende og dynamiske kvaliteter, der kan hjælpe med lægemiddelafgivelse.

Phospholipider tilvejebringer barrierer i cellulære membraner for at beskytte cellen, og de udgør barrierer for organellerne i disse celler. Phospholipider arbejder for at tilvejebringe veje for forskellige stoffer på tværs af membraner. Membranproteiner studer phospholipid dobbeltlaget; disse reagerer på cellesignaler eller fungerer som enzymer eller transportmekanismer for cellemembranen. Det phospholipide dobbeltlag tillader let essentielle molekyler såsom vand, ilt og kuldioxid at krydse membranen, men meget store molekyler kan ikke komme ind i cellen på denne måde eller måske ikke være i stand til at alle. Med denne kombination af phospholipider og proteiner siges cellen at være selektiv permeabel, hvilket kun tillader visse stoffer frit og andre via mere komplekse interaktioner.

Phospholipider giver struktur til cellens membraner, som igen holder organeller organiseret og opdelt for at arbejde mere effektivt, men denne struktur hjælper også med membranernes fleksibilitet og flydende. Nogle fosfolipider vil fremkalde en negativ krumning af en membran, mens andre inducerer en positiv krumning afhængigt af deres sammensætning. Proteiner bidrager også til membranens krumning. Phospholipider kan også translokere på tværs af membraner, ofte af specielle proteiner såsom flippaser, floppaser og scramblaser. Phospholipider bidrager også til membranernes overfladeladning. Så mens fosfolipider bidrager til stabilitet, deres fusion og fission, hjælper de også med transport af materialer og signaler. Fosfolipider gør derfor membraner meget dynamiske snarere end enkle dobbeltlagsbarrierer. Og mens phospholipider bidrager mere end oprindeligt antaget til forskellige processer, forbliver de stabilisatorer af cellulære membraner på tværs af arter.

Med bedre teknologi er forskere i stand til at visualisere nogle phospholipider i levende celler via fluorescerende sonder. Andre metoder til at belyse phospholipid-funktionalitet inkluderer anvendelse af knockout-arter (såsom mus), der har overudtrykte lipidmodificerende enzymer. Dette hjælper med at forstå flere funktioner for fosfolipider.

Phospholipider tager en aktiv rolle bortset fra at danne dobbeltlag. Phospholipider opretholder en gradient af kemiske og elektriske processer for at sikre celleoverlevelse. De er også vigtige for at regulere exocytose, kemotaxis og cytokinese. Nogle phospholipider spiller en rolle i fagocytose, hvor de arbejder for at omgive partikler til dannelse af fagosomer. Phospholipider bidrager også til endocytose, som er dannelsen af ​​vakuoler. Processen indebærer binding af membranen omkring partikler, forlængelse og endelig spaltning. De resulterende endosomer og fagosomer har til gengæld deres egne lipid-dobbeltlag.

Fosfolipider regulerer cellulære processer relateret til vækst, synaptisk transmission og immunovervågning.

En anden funktion af phospholipider er at samle cirkulerende lipoproteiner. Disse proteiner spiller den væsentlige rolle for transport af lipofile triglycerider og cholesteroler i blodet.

Phospholipider fungerer også som emulgatorer i kroppen, såsom når de blandes med cholesteroler og galdesyre i galdeblæren for at fremstille miceller til absorption af fedtstof. Fosfolipider spiller også rollen som befugtning af overflader til sådanne ting som led, alveoler og andre dele af kroppen, der kræver glat bevægelse.

Phospholipider i eukaryoter fremstilles i mitokondrier, endosomer og endoplasmatisk retikulum (ER). De fleste phospholipider fremstilles i det endoplasmatiske reticulum. I ER anvendes phospholipider i nonvesikulær lipidtransport mellem ER og andre organeller. I mitokondrier spiller phospholipider adskillige roller for cellulær homeostase og mitokondriefunktion.

Fosfolipider, der ikke danner dobbeltlag, hjælper med membranfusion og bøjning.

De mest udbredte phospholipider i eukaryoter er glycerophospholipiderne, som har en glycerolrygrad. De har en hovedgruppe, hydrofobe sidekæder og alifatiske kæder. Hovedgruppen af ​​disse fosfolipider kan variere i kemisk sammensætning, hvilket fører til forskellige varianter af fosfolipider. Strukturerne af disse phospholipider spænder fra cylindrisk til konisk til omvendt konisk, og som sådan er deres funktionalitet forskellig. De arbejder med kolesterol og sfingolipider for at hjælpe med endocytose, de udgør lipoproteiner, bruges som overfladeaktive stoffer og er de vigtigste komponenter i cellulære membraner.

Phosphatidic acid (PA), også kaldet phosphatidat, omfatter kun en lille procentdel af phospholipider i celler. Det er det mest basiske phospholipid og fungerer som en forløber for andre glycerophospholipider. Den har en konisk form og kan resultere i krumning af membraner. PA fremmer mitokondrie fusion og fission og er afgørende for lipidmetabolisme. Det binder til Rac-proteinet, der er forbundet med kemotaxis. Det menes også at interagere med mange andre proteiner på grund af dets anioniske natur.

Phosphatidylcholin (PC) er phospholipidet i størst overflod og udgør så meget som 55 procent af de samlede lipider. PC er en ion kendt som en zwitterion, har en cylinderform og er kendt for at danne dobbeltlag. PC fungerer som et komponentsubstrat til generering af acetylcholin, en vigtig neurotransmitter. PC kan konverteres til andre lipider såsom sphingomyeliner. PC fungerer også som overfladeaktivt middel i lungerne og er en komponent i galden. Dens generelle rolle er membranstabilisering.

Phosphatidylethanolamin (PE) er også ret rigelig, men er noget konisk og har ikke tendens til at danne dobbeltlag. Det omfatter så meget som 25 procent af phospholipider. Det er overflod i den indre membran af mitokondrier, og det kan fremstilles af mitokondrier. PE besidder en relativt mindre hovedgruppe sammenlignet med pc. PE er kendt for makroautofagi og hjælper med membranfusion.

Cardiolipin (CL) er en kegleformet phospholipid-dimer og er den vigtigste ikke-dobbeltlagede phospholipid, der findes i mitokondrier, som er de eneste organeller, der fremstiller CL. Cardiolipin findes primært på den indre mitokondriale membran og påvirker proteinaktivitet i mitokondrier. Dette fedtsyrerige phospholipid er nødvendigt for funktionaliteten af ​​mitokondrie respiratoriske kædekomplekser. CL udgør en betydelig mængde hjertevæv og findes i celler og væv, der kræver høj energi. CL arbejder for at tiltrække protoner til et enzym kaldet ATP-syntase. CL hjælper også med at signalisere celledød ved apoptose.

Phosphatidylinositol (PI) udgør så meget som 15 procent af de phospholipider, der findes i celler. PI findes i mange organeller, og dens hovedgruppe kan gennemgå reversible ændringer. PI fungerer som en forløber, der hjælper med transmission af meddelelser i nervesystemet samt membranhandel og proteinmålretning.

Phosphatidylserin (PS) omfatter op til 10 procent af phospholipider i celler. PS spiller en væsentlig rolle i signalering inden i og uden for celler. PS hjælper nerveceller med at fungere og regulerer nerveimpuls ledning. PS-funktioner i apoptose (spontan celledød). PS omfatter også blodplademembraner og spiller derfor en rolle i koagulation.

Phosphatidylglycerol (PG) er en forløber for bis (monoacylglycero) phosphat eller BMP, som er til stede i mange celler og potentielt nødvendigt til cholesterol-transport. BMP findes hovedsageligt i cellerne hos pattedyr, hvor det udgør ca. 1 procent af phospholipiderne. BMP fremstilles primært i multivesikulære kroppe og menes at inducere indre membran spirende.

Sphingomyelin (SM) er en anden form for phospholipid. SM'er er vigtige for sammensætningen af ​​dyrecellemembraner. Mens glycerophospholipids rygrad er glycerol, er sphingomyelins rygraden sphingosin. Dobbeltlag af SM-phospholipider reagerer forskelligt på kolesterol og er mere komprimeret, men har dog nedsat permeabilitet for vand. SM omfatter lipidflåder, stabile nanodomæner i membraner, der er vigtige for membransortering, signaltransduktion og transport af proteiner.

Phospholipid dysfunktion fører til en række lidelser såsom Charcot-Marie-Tooth perifer neuropati, Scott syndrom og unormal lipid katabolisme, som er forbundet med flere tumorer.

Genetiske lidelser forårsaget af genmutationer kan føre til dysfunktioner i phospholipidbiosyntese og metabolisme. Disse viser sig at være ret markerede i lidelser relateret til mitokondrier.

Et effektivt lipidenetværk er nødvendigt i mitokondrierne. Phospholipiderne cardiolipin, phosphatidinsyre, phosphatidylglycerol og phosphatidylethanolamin spiller alle en afgørende rolle i opretholdelsen af ​​mitokondriernes membran. Mutationer af gener, der påvirker disse processer, fører undertiden til genetiske sygdomme.

I den mitokondrielle X-bundne sygdom Barth syndrom (BTHS) inkluderer tilstande nedsat skeletmuskulatur vækst, træthed, motorforsinkelse, kardiomyopati, neutropeni og 3-methylglutaconic aciduria, en potentielt dødelig sygdom. Disse patienter udviser defekte mitokondrier, som har nedsatte mængder af phospholipid CL.

Dilateret kardiomyopati med ataksi (DCMA) præsenteres med tidligt udbredt dilateret kardiomyopati, ataksi af cerebrum, der ikke er progressiv (men som resulterer i motoriske forsinkelser), vækstsvigt og andre forhold. Denne sygdom skyldes funktionelle problemer med et gen, der hjælper med regulering af CL-ombygning og mitokondrieproteinbiogenese.

MEGDEL syndrom præsenterer som en autosomal recessiv lidelse med encefalopati, en bestemt form for døvhed, motoriske og udviklingsmæssige forsinkelser og andre tilstande. I det berørte gen har CLs forløberphospholipid, PG, en ændret acylkæde, som igen ændrer CL. Derudover reducerer gendefekter niveauerne af phospholipid BMP. Da BMP regulerer kolesterolregulering og -handel, reduceres dens nedsættelse til akkumulering af uesterificeret kolesterol.

Da forskere lærer mere om fosfolipidernes rolle og deres betydning, håber man, at der kan laves nye terapier til behandling af sygdomme, der skyldes deres dysfunktion.

Biokompatibiliteten af ​​phospholipider gør dem ideelle kandidater til lægemiddelafgivelsessystemer. Deres amfifile konstruktion (der indeholder både vandelskende og vandhatende komponenter) hjælpemidler med selvmontering og fremstilling af større strukturer. Fosfolipider danner ofte liposomer, der kan bære stoffer. Phospholipider tjener også som gode emulgatorer. Farmaceutiske virksomheder kan vælge phospholipider fra æg, sojabønner eller kunstigt konstruerede phospholipider for at hjælpe med lægemiddelafgivelse. Kunstige phospholipider kan fremstilles af glycerophospholipider ved at ændre hoved- eller halegrupper eller begge dele. Disse syntetiske phospholipider er mere stabile og mere rene end naturlige phospholipider, men deres omkostninger har tendens til at være højere. Mængden af ​​fedtsyrer i enten naturlige eller syntetiske phospholipider vil påvirke deres indkapslingseffektivitet.

Fosfolipider kan danne liposomer, specielle vesikler, der bedre kan matche cellemembranstrukturen. Disse liposomer tjener derefter som lægemiddelbærere for enten hydrofile eller lipofile medikamenter, medikamenter med kontrolleret frigivelse og andre midler. Liposomer fremstillet af phospholipider bruges ofte i kræftlægemidler, genterapi og vacciner. Liposomer kan gøres til at være meget specifikke for lægemiddelafgivelse ved at gøre dem ligne den cellemembran, de har brug for at krydse. Phosfolipidindholdet i liposomer kan ændres baseret på stedet for den målrettede sygdom.

De emulgerende egenskaber af phospholipider gør dem ideelle til intravenøse injektionsemulsioner. Æggeblomme og sojabønne-phospholipidemulsioner anvendes ofte til dette formål.

Hvis lægemidler har ringe biotilgængelighed, kan nogle gange naturlige flavonoider bruges til at danne komplekser med phospholipider, hvilket hjælper medikamentabsorption. Disse komplekser har tendens til at give stabile lægemidler med længere virkning.

Da fortsat forskning giver mere information om de stadig mere nyttige phospholipider, vil videnskaben det drage fordel af viden til bedre at forstå cellulære processer og gøre mere målrettet lægemidler.