Τα φωσφολιπίδια είναι διαδεδομένα στα κύτταρα των βακτηρίων και των ευκαρυωτικών. Είναι μόρια φτιαγμένα από φωσφορική κεφαλή και λιπιδική ουρά. Η κεφαλή θεωρείται υδρόφιλη ή υδρόφιλη, ενώ η ουρά είναι υδρόφοβη ή απωθητική στο νερό. Τα φωσφολιπίδια επομένως ονομάζονται αμφίφιλα. Λόγω αυτής της διπλής φύσης των φωσφολιπιδίων, πολλοί τύποι τακτοποιούνται σε δύο στρώσεις σε ένα υδατώδες περιβάλλον. Αυτό ονομάζεται διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου. Η σύνθεση φωσφολιπιδίων εμφανίζεται κυρίως στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Άλλοι τομείς της βιοσύνθεσης περιλαμβάνουν τη συσκευή Golgi και τα μιτοχόνδρια. Τα φωσφολιπίδια λειτουργούν με διάφορους τρόπους μέσα στα κύτταρα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα φωσφολιπίδια είναι μόρια με υδρόφιλες φωσφορικές κεφαλές και υδρόφοβες ουρές λιπιδίων. Περιλαμβάνουν κυτταρικές μεμβράνες, ρυθμίζουν ορισμένες κυτταρικές διεργασίες και διαθέτουν σταθεροποιητικές και δυναμικές ιδιότητες που μπορούν να βοηθήσουν στην απελευθέρωση φαρμάκων.
Τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν μεμβράνες
Τα φωσφολιπίδια παρέχουν εμπόδια στις κυτταρικές μεμβράνες για την προστασία του κυττάρου και δημιουργούν εμπόδια για τα οργανίδια εντός αυτών των κυττάρων. Τα φωσφολιπίδια λειτουργούν για την παροχή οδών για διάφορες ουσίες στις μεμβράνες. Οι πρωτεΐνες μεμβράνης στηρίζουν τη διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου Αυτά ανταποκρίνονται στα κυτταρικά σήματα ή δρουν ως ένζυμα ή μηχανισμοί μεταφοράς για την κυτταρική μεμβράνη. Η διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου επιτρέπει εύκολα σε βασικά μόρια όπως νερό, οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα διασχίζουν τη μεμβράνη, αλλά πολύ μεγάλα μόρια δεν μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο με αυτόν τον τρόπο ή μπορεί να μην είναι σε θέση όλα. Με αυτόν τον συνδυασμό φωσφολιπιδίων και πρωτεϊνών, το κύτταρο λέγεται ότι είναι επιλεκτικά διαπερατό, επιτρέποντας μόνο ορισμένες ουσίες σε ελεύθερα και άλλες μέσω πιο περίπλοκων αλληλεπιδράσεων.
Τα φωσφολιπίδια παρέχουν δομή στις μεμβράνες του κυττάρου, οι οποίες με τη σειρά τους διατηρούν οργανωμένα και οργανικά χωρίζεται για να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά, αλλά αυτή η δομή βοηθά επίσης στην ευελιξία των μεμβρανών και ρευστότητα. Ορισμένα φωσφολιπίδια προκαλούν αρνητική καμπυλότητα μιας μεμβράνης, ενώ άλλα προκαλούν θετική καμπυλότητα, ανάλογα με το μακιγιάζ τους. Οι πρωτεΐνες συμβάλλουν επίσης στην καμπυλότητα της μεμβράνης. Τα φωσφολιπίδια μπορούν επίσης να μετατοπιστούν μεταξύ των μεμβρανών, συχνά με ειδικές πρωτεΐνες, όπως οι φλιπάσες, οι δισκέτες και οι σκραμπλάσες. Τα φωσφολιπίδια συμβάλλουν επίσης στο επιφανειακό φορτίο των μεμβρανών. Έτσι, ενώ τα φωσφολιπίδια συμβάλλουν στη σταθερότητα, τη σύντηξη και τη σχάση τους, βοηθούν επίσης στη μεταφορά υλικών και σημάτων. Τα φωσφολιπίδια, επομένως, καθιστούν τις μεμβράνες πολύ δυναμικές, και όχι απλές διπλές στρώσεις. Και ενώ τα φωσφολιπίδια συμβάλλουν περισσότερο από ό, τι αρχικά πιστεύεται σε διάφορες διαδικασίες, παραμένουν οι σταθεροποιητές των κυτταρικών μεμβρανών μεταξύ των ειδών.
Άλλες λειτουργίες των φωσφολιπιδίων
Με την καλύτερη τεχνολογία, οι επιστήμονες είναι σε θέση να οπτικοποιήσουν ορισμένα φωσφολιπίδια σε ζωντανά κύτταρα μέσω φθορισμού ανιχνευτών. Άλλες μέθοδοι για την αποσαφήνιση της λειτουργικότητας του φωσφολιπιδίου περιλαμβάνουν τη χρήση ειδών νοκ-άουτ (όπως ποντίκια) που διαθέτουν υπερεκφρασμένα ένζυμα τροποποίησης λιπιδίων. Αυτό βοηθά στην κατανόηση περισσότερων λειτουργιών για τα φωσφολιπίδια.
Τα φωσφολιπίδια διαδραματίζουν ενεργό ρόλο εκτός από τη δημιουργία διπλοστιβάδων. Τα φωσφολιπίδια διατηρούν μια κλίση χημικών και ηλεκτρικών διεργασιών για να διασφαλίσουν την επιβίωση των κυττάρων. Είναι επίσης απαραίτητα για τη ρύθμιση της εξωκυττάρωσης, της χημειοταξίας και της κυτοκίνης. Μερικά φωσφολιπίδια παίζουν ρόλο στην φαγοκυττάρωση, δουλεύοντας να περιβάλλουν σωματίδια για να σχηματίσουν φαγοσώματα. Τα φωσφολιπίδια συμβάλλουν επίσης στην ενδοκυττάρωση, η οποία είναι η δημιουργία κενού. Η διαδικασία συνεπάγεται δέσμευση της μεμβράνης γύρω από τα σωματίδια, επέκταση και τέλος κοπή. Τα προκύπτοντα ενδοσώματα και τα φαγοσώματα με τη σειρά τους διαθέτουν τα δικά τους λιπιδικά διπλά στρώματα.
Τα φωσφολιπίδια ρυθμίζουν τις κυτταρικές διεργασίες που σχετίζονται με την ανάπτυξη, τη συναπτική μετάδοση και την ανοσολογική παρακολούθηση.
Μια άλλη λειτουργία των φωσφολιπιδίων είναι η συναρμολόγηση των κυκλοφορούντων λιποπρωτεϊνών. Αυτές οι πρωτεΐνες παίζουν τον ουσιαστικό ρόλο της μεταφοράς λιποφιλικών τριγλυκεριδίων και χοληστερολών στο αίμα.
Τα φωσφολιπίδια λειτουργούν επίσης ως γαλακτωματοποιητές στο σώμα, όπως όταν αναμιγνύονται με χοληστερόλες και χολικό οξύ στη χοληδόχο κύστη για να παράγουν μικκύλια για απορρόφηση λιπαρών ουσιών. Τα φωσφολιπίδια παίζουν επίσης το ρόλο της διαβροχής επιφανειών για πράγματα όπως αρθρώσεις, κυψελίδες και άλλα μέρη του σώματος που απαιτούν ομαλή κίνηση.
Τα φωσφολιπίδια στα ευκαρυωτικά παράγονται στα μιτοχόνδρια, τα ενδοσώματα και το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Τα περισσότερα φωσφολιπίδια παράγονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Στο ER, τα φωσφολιπίδια χρησιμοποιούνται στη μεταφορά μη λιγοστού λιπιδίου μεταξύ του ER και άλλων οργανιδίων. Στα μιτοχόνδρια, τα φωσφολιπίδια παίζουν πολλούς ρόλους για την κυτταρική ομοιόσταση και τη λειτουργία των μιτοχονδρίων.
Τα φωσφολιπίδια που δεν σχηματίζουν διπλοστιβάδες βοηθούν στην συγχώνευση και την κάμψη της μεμβράνης.
Τύποι φωσφολιπιδίων
Τα πιο διαδεδομένα φωσφολιπίδια στα ευκαρυωτικά είναι τα γλυκεροφωσφολιπίδια, τα οποία διαθέτουν ραχοκοκαλιά γλυκερόλης. Έχουν ομάδα κεφαλής, υδρόφοβες πλευρικές αλυσίδες και αλειφατικές αλυσίδες. Η επικεφαλής ομάδα αυτών των φωσφολιπιδίων μπορεί να ποικίλει σε χημικό μακιγιάζ, οδηγώντας σε διαφορετικές ποικιλίες φωσφολιπιδίων. Οι δομές αυτών των φωσφολιπιδίων κυμαίνονται από κυλινδρικά έως κωνικά έως αντίστροφα κωνικά, και ως εκ τούτου η λειτουργικότητά τους διαφέρει. Δουλεύουν με χοληστερόλη και σφιγγολιπίδια για να βοηθήσουν στην ενδοκυττάρωση, συνθέτουν λιποπρωτεΐνες, χρησιμοποιούνται ως επιφανειοδραστικά και είναι τα κύρια συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών.
Το φωσφατιδικό οξύ (ΡΑ), που ονομάζεται επίσης φωσφατιδικό, περιλαμβάνει μόνο ένα μικρό ποσοστό φωσφολιπιδίων στα κύτταρα. Είναι το πιο βασικό φωσφολιπίδιο και χρησιμεύει ως πρόδρομος σε άλλα γλυκεροφωσφολιπίδια. Έχει κωνικό σχήμα και μπορεί να οδηγήσει σε κάμψη των μεμβρανών. Το PA προάγει τη μιτοχονδριακή σύντηξη και σχάση και είναι απαραίτητο για το μεταβολισμό των λιπιδίων. Συνδέεται με την πρωτεΐνη Rac, που σχετίζεται με χημειοταξία. Πιστεύεται επίσης ότι αλληλεπιδρά με πολλές άλλες πρωτεΐνες λόγω της ανιονικής φύσης του.
Η φωσφατιδυλοχολίνη (PC) είναι το φωσφολιπίδιο σε μεγάλη αφθονία, αποτελώντας το 55% των συνολικών λιπιδίων. Το PC είναι ένα ιόν γνωστό ως αμφιβληστροειδές, έχει σχήμα κυλίνδρου και είναι γνωστό για το σχηματισμό διπλών στρωμάτων. Ο υπολογιστής χρησιμεύει ως συστατικό υπόστρωμα για την παραγωγή ακετυλοχολίνης, ενός κρίσιμου νευροδιαβιβαστή. Ο υπολογιστής μπορεί να μετατραπεί σε άλλα λιπίδια όπως σφιγγομυελίνες. Το PC χρησιμεύει επίσης ως επιφανειοδραστικό στους πνεύμονες και αποτελεί συστατικό της χολής. Ο γενικός ρόλος του είναι αυτός της σταθεροποίησης μεμβράνης.
Η φωσφατιδυλαιθανολαμίνη (PE) είναι επίσης αρκετά άφθονη, αλλά είναι κάπως κωνική και δεν τείνει να σχηματίζει διπλοστιβάδες. Περιλαμβάνει έως και 25 τοις εκατό των φωσφολιπιδίων. Είναι άφθονο στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και μπορεί να κατασκευαστεί από τα μιτοχόνδρια. Το PE διαθέτει μια σχετικά μικρότερη ομάδα κεφαλής σε σύγκριση με τον υπολογιστή. Η ΡΕ είναι γνωστή για τη μακροφατοφαγία και βοηθά στη συγχώνευση της μεμβράνης.
Η καρδιολιπίνη (CL) είναι ένα διμερές φωσφολιπιδίου σε σχήμα κώνου και είναι το κύριο φωσφολιπίδιο μη διπλοστοιβάδας που βρίσκεται στα μιτοχόνδρια, τα οποία είναι τα μόνα οργανίδια που παράγουν CL. Η καρδιολιπίνη βρίσκεται κυρίως στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη και επηρεάζει την πρωτεϊνική δραστηριότητα στα μιτοχόνδρια. Αυτό το πλούσιο σε λιπαρά οξέα φωσφολιπίδιο είναι απαραίτητο για τη λειτουργικότητα των μιτοχονδριακών αναπνευστικών αλυσίδων. Το CL αποτελεί σημαντική ποσότητα καρδιακών ιστών και βρίσκεται σε κύτταρα και ιστούς που απαιτούν υψηλή ενέργεια. Το CL λειτουργεί για να προσελκύσει πρωτόνια σε ένα ένζυμο που ονομάζεται συνθάση ATP. Το CL βοηθά επίσης στη σηματοδότηση κυτταρικού θανάτου με απόπτωση.
Η φωσφατιδυλινοσιτόλη (PI) αποτελεί έως και το 15% των φωσφολιπιδίων που βρίσκονται στα κύτταρα. Το PI βρίσκεται σε πολλά οργανίδια και η ομάδα κεφαλής του μπορεί να υποστεί αναστρέψιμες αλλαγές. Το PI λειτουργεί ως πρόδρομος που βοηθά στη μετάδοση μηνυμάτων στο νευρικό σύστημα, καθώς και στο εμπόριο μεμβρανών και στη στόχευση πρωτεϊνών.
Η φωσφατιδυλοσερίνη (PS) περιλαμβάνει έως και 10 τοις εκατό φωσφολιπιδίων στα κύτταρα. Το PS παίζει σημαντικό ρόλο στη σηματοδότηση εντός και εκτός των κυττάρων. Το PS βοηθά τα νευρικά κύτταρα να λειτουργήσουν και ρυθμίζουν την αγωγή της νευρικής ώθησης. Χαρακτηριστικά PS στην απόπτωση (αυθόρμητος κυτταρικός θάνατος). Το PS περιλαμβάνει επίσης μεμβράνες αιμοπεταλίων και επομένως παίζει ρόλο στην πήξη.
Η φωσφατιδυλγλυκερόλη (PG) είναι ένας πρόδρομος για το δις (μονοακυλογλυκερο) φωσφορικό άλας ή το ΒΜΡ, το οποίο υπάρχει σε πολλά κύτταρα και ενδεχομένως απαραίτητα για τη μεταφορά χοληστερόλης. Η ΒΜΡ βρίσκεται κυρίως στα κύτταρα των θηλαστικών, όπου αποτελεί περίπου το 1% των φωσφολιπιδίων. Το ΒΜΡ παράγεται κυρίως σε πολυιδικά σώματα και πιστεύεται ότι προκαλεί εκκόλαψη εσωτερικής μεμβράνης.
Η σφιγγομυελίνη (SM) είναι μια άλλη μορφή φωσφολιπιδίου. Οι SM είναι σημαντικές για τη σύνθεση των μεμβρανών των ζωικών κυττάρων. Ενώ η ραχοκοκαλιά των γλυκεροφωσφολιπιδίων είναι η γλυκερόλη, η ραχοκοκαλιά των σφιγγομυελινών είναι η σφιγγοσίνη. Τα διπλά στρώματα των φωσφολιπιδίων SM αντιδρούν διαφορετικά στη χοληστερόλη και είναι πιο συμπιεσμένα αλλά έχουν μειωμένη διαπερατότητα στο νερό. Το SM περιλαμβάνει λιπιδικές σχεδίες, σταθερούς νανο-τομείς σε μεμβράνες που είναι σημαντικές για διαλογή μεμβρανών, μεταγωγή σήματος και μεταφορά πρωτεϊνών.
Ασθένειες που σχετίζονται με το μεταβολισμό των φωσφολιπιδίων
Η δυσλειτουργία των φωσφολιπιδίων οδηγεί σε μια σειρά διαταραχών όπως η περιφερική νευροπάθεια Charcot-Marie-Tooth, το σύνδρομο Scott και ο ανώμαλος καταβολισμός των λιπιδίων, ο οποίος σχετίζεται με αρκετούς όγκους.
Οι γενετικές διαταραχές που προκαλούνται από γονιδιακές μεταλλάξεις μπορούν να οδηγήσουν σε δυσλειτουργίες στη βιοσύνθεση και το μεταβολισμό των φωσφολιπιδίων. Αυτά αποδεικνύονται αρκετά έντονα σε διαταραχές που σχετίζονται με τα μιτοχόνδρια.
Απαιτείται αποτελεσματική δικτύωση λιπιδίων στα μιτοχόνδρια. Τα φωσφολιπίδια καρδιολιπίνη, φωσφατιδικό οξύ, φωσφατιδυλογλυκερόλη και φωσφατιδυλαιθανολαμίνη όλα παίζουν κρίσιμο ρόλο στη διατήρηση της μεμβράνης των μιτοχονδρίων. Οι μεταλλάξεις γονιδίων που επηρεάζουν αυτές τις διεργασίες οδηγούν μερικές φορές σε γενετικές ασθένειες.
Στο μιτοχονδριακό σύνδρομο Barth σύνδρομο Barth (BTHS), οι καταστάσεις περιλαμβάνουν αδυναμία των σκελετικών μυών, μειωμένη ανάπτυξη, κόπωση, κινητική καθυστέρηση, καρδιομυοπάθεια, ουδετεροπενία και 3-μεθυλογλουτακονική οξυουρία, πιθανώς θανατηφόρα νόσος. Αυτοί οι ασθενείς εμφανίζουν ελαττωματικά μιτοχόνδρια, τα οποία έχουν μειωμένες ποσότητες φωσφολιπιδίου CL.
Η διασταλμένη καρδιομυοπάθεια με αταξία (DCMA) παρουσιάζεται με διαστολή πρώιμης έναρξης καρδιομυοπάθεια, αταξία του εγκεφαλικό που δεν είναι προοδευτικό (αλλά το οποίο οδηγεί σε κινητικές καθυστερήσεις), αποτυχία ανάπτυξης και άλλες καταστάσεις. Αυτή η ασθένεια προκύπτει από λειτουργικά προβλήματα με ένα γονίδιο που βοηθά στη ρύθμιση της αναδιαμόρφωσης του CL και της βιογένεσης των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών.
Το σύνδρομο MEGDEL εμφανίζεται ως αυτοσωμική υπολειπόμενη διαταραχή με εγκεφαλοπάθεια, μια συγκεκριμένη μορφή κώφωσης, κινητικών και αναπτυξιακών καθυστερήσεων και άλλων καταστάσεων. Στο προσβεβλημένο γονίδιο, ο πρόδρομος φωσφολιπίδιο CL, PG, έχει μια αλλαγμένη αλυσίδα ακυλίου, η οποία με τη σειρά της αλλάζει το CL. Επιπλέον, τα ελαττώματα του γονιδίου μειώνουν τα επίπεδα της φωσφολιπιδικής ΒΜΡ. Δεδομένου ότι η BMP ρυθμίζει τη ρύθμιση της χοληστερόλης και το εμπόριο, η μείωση του οδηγεί σε συσσώρευση μη εστεροποιημένης χοληστερόλης.
Καθώς οι ερευνητές μαθαίνουν περισσότερα για τους ρόλους των φωσφολιπιδίων και τη σημασία τους, ελπίζεται ότι μπορούν να γίνουν νέες θεραπείες για τη θεραπεία ασθενειών που οφείλονται στη δυσλειτουργία τους.
Χρήσεις για τα φωσφολιπίδια στην ιατρική
Η βιοσυμβατότητα των φωσφολιπιδίων τα καθιστά ιδανικά υποψήφια για συστήματα διανομής φαρμάκων. Τα αμφιφιλικά τους (που περιέχουν στοιχεία που αγαπούν το νερό και που μισούν το νερό) βοηθούν στην κατασκευή με αυτοσυναρμολόγηση και κατασκευή μεγαλύτερων κατασκευών. Τα φωσφολιπίδια συχνά σχηματίζουν λιποσώματα που μπορούν να μεταφέρουν φάρμακα. Τα φωσφολιπίδια χρησιμεύουν επίσης ως καλοί γαλακτωματοποιητές. Οι φαρμακευτικές εταιρείες μπορούν να επιλέξουν φωσφολιπίδια από αυγά, σόγια ή τεχνητά κατασκευασμένα φωσφολιπίδια για να βοηθήσουν στην παράδοση φαρμάκων. Τα τεχνητά φωσφολιπίδια μπορούν να παρασκευαστούν από γλυκεροφωσφολιπίδια αλλάζοντας ομάδες κεφαλής ή ουράς ή και τα δύο. Αυτά τα συνθετικά φωσφολιπίδια είναι πιο σταθερά και πιο καθαρά από τα φυσικά φωσφολιπίδια, αλλά το κόστος τους τείνει να είναι υψηλότερο. Η ποσότητα λιπαρών οξέων σε φυσικά ή συνθετικά φωσφολιπίδια θα επηρεάσει την αποτελεσματικότητά τους ενθυλάκωσης.
Τα φωσφολιπίδια μπορούν να παράγουν λιποσώματα, ειδικά κυστίδια που μπορούν να ταιριάζουν καλύτερα με τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης. Αυτά τα λιποσώματα στη συνέχεια χρησιμεύουν ως φορείς φαρμάκων για υδρόφιλα ή λιπόφιλα φάρμακα, φάρμακα ελεγχόμενης απελευθέρωσης και άλλους παράγοντες. Τα λιποσώματα που κατασκευάζονται από φωσφολιπίδια χρησιμοποιούνται συχνά σε καρκινικά φάρμακα, γονιδιακή θεραπεία και εμβόλια. Τα λιποσώματα μπορούν να γίνουν εξαιρετικά ειδικά για τη χορήγηση φαρμάκου, κάνοντάς τα να μοιάζουν με την κυτταρική μεμβράνη που πρέπει να διασχίσουν. Η περιεκτικότητα των λιποσωμάτων σε φωσφολιπίδια μπορεί να μεταβληθεί με βάση τη θέση της στοχευόμενης νόσου.
Οι γαλακτωματοποιητικές ιδιότητες των φωσφολιπιδίων τα καθιστούν ιδανικά για ενδοφλέβια ενέσιμα γαλακτώματα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συχνά γαλακτώματα κρόκου αυγού και φωσφολιπιδίου σόγιας.
Εάν τα φάρμακα έχουν κακή βιοδιαθεσιμότητα, μερικές φορές τα φυσικά φλαβονοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να σχηματίσουν σύμπλοκα με φωσφολιπίδια, βοηθώντας στην απορρόφηση του φαρμάκου. Αυτά τα σύμπλοκα τείνουν να αποδίδουν σταθερά φάρμακα με μεγαλύτερη δράση.
Καθώς η συνεχής έρευνα αποδίδει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα ολοένα και πιο χρήσιμα φωσφολιπίδια, η επιστήμη θα το κάνει επωφεληθείτε από τη γνώση για να κατανοήσετε καλύτερα τις κυτταρικές διαδικασίες και να κάνετε πιο στοχευμένες φάρμακα.